ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογία και Υδρογεωλογίας

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογία και Υδρογεωλογίας ΜΠΙΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Πτυχιούχος Γεωλόγος «ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΓΝΕΥΣΙΑΚΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΠΡΑΝΩΝ ΟΔΟΠΟΙΙΑΣ. ΤΥΠΟΙ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ» ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ Στα πλαίσια του προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Γεωλογίας «Εφαρμοσμένη και Περιβαλλοντική Γεωλογία» ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2014

2 ΜΠΙΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ Πτυχιούχος Γεωλόγος «ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΓΝΕΥΣΙΑΚΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΠΡΑΝΩΝ ΟΔΟΠΟΙΙΑΣ. ΤΥΠΟΙ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ» Υποβλήθηκε στο τμήμα Γεωλογίας στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος σπουδών «Γεωλογία και Γεωπεριβάλλον» με ειδίκευση στην «Εφαρμοσμένη και Περιβαλλοντική Γεωλογία». Τομέας Γεωλογίας Τριμελής Συμβουλευτική Επιτροπή 1) Βασίλειος Μαρίνος, Επικ. Καθηγητής, Επιβλέπων 2) Χρηστάρας Βασίλειος, Καθηγητής, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής επιτροπής. 3) Βουδούρης Κωνσταντίνος, Επικ. Καθηγητής, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής επιτροπής. 2

3 Μπίρος Δημήτριος, 2014 Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. All right reserved «ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΓΝΕΥΣΙΑΚΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΠΡΑΝΩΝ ΟΔΟΠΟΙΙΑΣ. ΤΥΠΟΙ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ» Απαγορεύεται η αντιγραφή. Αποθήκευση και διανομή της παρούσας εργασίας, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για εμπορικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσης, υπό προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Ερωτήματα που αφορούν τη χρήση της εργασίας για κερδοσκοπικό σκοπό πρέπει να απευθύνονται προς το συγγραφέα. Οι απόψεις και τα συμπεράσματα που περιέχονται σε αυτό το έγγραφο εκφράζουν τον συγγραφέα και δεν πρέπει να ερμηνευτεί ότι εκφράζουν τις επίσημες θέσεις του Α.Π.Θ. 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ..10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Oρισμός κατολίσθησης Ταξινόμηση κατολισθήσεων Καταπτώσεις Ανατροπές Ολισθήσεις Ροές Σύνθετες μετακινήσεις πρανών Παράγοντες που συμβάλλουν στην εκδήλωση κατολισθήσεων Γενικά Ταξινόμηση των παραγόντων που συμβάλλουν στην εκδήλωση κατολισθήσεων Αίτια εκδήλωσης των κατολισθήσεων Γενικά Παράγοντες εκδήλωσης κατολισθήσεων Μέτρα αντιμετώπισης κατολισθήσεων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 o ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Εισαγωγή Μέθοδοι ανάλυσης Μέθοδοι οριακής ισορροπίας Μέθοδος Fellenius Μέθοδος Bishop Μέθοδος Janbu Μέθοδος Spencer Μέθοδος Morgenstern and Price Επιλογή της κατάλληλης μεθόδου...45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 o ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ-ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΓΙΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ Ταξινόμηση βραχόμαζας με βάση το GSI Δείκτης κερµατισµού της βραχόµαζας (RQD) Μέθοδοι έρευνας κατολισθήσεων Βήματα μεθόδων έρευνας κατολισθήσεων Υπαίθρια μελέτη Τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση

5 4.4.3 Χρήση αεροφωτογραφιών Σαρωτής laser LIDAR Γενικά Αρχή της λειτουργίας του Lidar Υδρογεωλογικές συνθήκες Εργαστηριακές δοκιμές βραχομήχανικής Προσδιορισμός του δείκτη σημειακής φόρτισης (Point load test) Μονοαξονική θλίψη πετρώματος Προσδιορισμός της αντοχής σε τριαξονική θλίψη Δοκιμή Αντιδιαμετρικής Θλίψης (δοκιμή Brazilian) Δοκιμή άμεσης διάτμησης Η μέθοδος του κρουσίμετρου αναπήδησης (Σφύρα Schmidt)...76 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 o ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Γενικά Λιθολογία Τεκτονικό καθεστώς Αποσάθρωση Υδρογεωλογικό καθεστώς Γεωλογικό προφίλ συμπερασμάτων γνευσιακής βραχόμαζας Οι Γεωλογικές συνθήκες της ευρύτερης περιοχής του έργου Υπόβαθρο Ροδόπης Συνθήκες μεταμόρφωσης Ροδόπης Μαγματισμός Ροδόπης Ενότητα Νέας Μάκρης (Περιροδοπική Ζώνη) Τριτογενείς αποθέσεις (μεταηφαιστειο-ιζηματογενής σειρά) Τεταρτογενείς αποθέσεις Τεκτονικές φάσεις Γεωλογικές και λιθολογικές συνθήκες κατά μήκος του κάθετου άξονα 75 Κομοτηνή- Νυμφαία Γενικά Προαλπικό κρυσταλλικό υπόβαθρο περιροδοπικής μάζας, Ενότητα Σμιγάδας Κύμης (Ανώτερη σειρά Γνευσίων) Προαλπικό κρυσταλλικό υπόβαθρο Ροδοπικής Μάζας. (Κατώτερη σειρά Γνευσίων) 5.4 Τεκτονικές συνθήκες κατά μήκος του κάθετου άξονα Γεωμορφολογικές συνθήκες

6 5.6 Σεισμικότητα της ευρύτερης περιοχής του έργου...96 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 o ΤΕΧΝΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Γενικά Μη ομαλή στρωματογραφική-γεωλογική εξάπλωση των γνευσιακών επαφών Αποσάθρωση του άρρηκτου βράχου και της βραχόμαζας Έντονη παρουσία δευτερογενών (λόγω αποσάθρωσης) αργιλικών ορυκτών Τεκτονιική καταπόνηση Γεωτεχνική αξιολόγηση Γεωτεχνική αξιολόγηση άρρηκτου βράχου Γεωτεχνική αξιολόγηση του δείκτη κερματισμού της βραχόμαζα RQD Γεωτεχνική αξιολόγηση της ποιότητας της βραχόμαζας-γεωλογικός δείκτης αντοχής GSI και RMR Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά ανά τύπο βραχόμαζας Γενικά Τεχνικογεωλογικοί τύποι γνευσιακής βραχόμαζας στην περιοχή μελέτης Συμπεριφορά γνευσιακής βραχόμαζας και τυπικές διατομές πρανών Προσδιορισμός τύπων βραχόμαζας από τη χρήση Lidar Επιλογή θέσης σάρωσης Περιγραφή πρανών Υπολογισμός όγκου τεμαχών μέσω του σαρωτή Lidar Αποτελέσματα αντοχής για τους τεχνικογεωλογικούς τύπους της περιοχής μελέτης o ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Εκτέλεση της σάρωσης και επεξεργασία των δεδομένων Τεκτονική ανάλυση πρανών Αναλύσεις ευστάθειας πρανών για επίπεδες και σφηνοειδής ολισθήσεις Αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για τα 3 πρανή Αναλύσεις ευστάθειας πρανών για περιστροφικού τύπου ολισθήσεις Παρουσίαση αναλύσεων ευστάθειας και αποτελέσματα o ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΝΟΨΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ

7 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διατριβή ειδίκευσης εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών του τμήματος Γεωλογίας του Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, με ειδίκευση στην «Εφαρμοσμένη και Περιβαλλοντική Γεωλογία». Η ανάθεση της έγινε από την πρόταση του Επικ. Καθηγητή κ. Βασίλη Μαρίνο, ο οποίος ήταν ο κύριος επιβλέπων αυτής. Τα υπόλοιπα δύο μέλη της τριμελούς εξεταστικής επιτροπής ήταν ο κ. Χρηστάρας Βασίλειος και ο κ. Βουδούρης Κωνσταντίνος. Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον Επικ. Καθηγητή κ. Βασίλη Μαρίνο, για την ανάθεση του θέματος, την καθοδήγηση καθ όλη τη διάρκεια της εργασίας, και την επίλυση προβληματισμών που δημιουργήθηκαν γύρω από το θέμα της διατριβής. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Ιωάννη Βαζαίο υποψήφιο διδάκτορα, για την πολύτιμη καθοδήγηση του με την επεξεργασία των δεδομένων από τον σαρωτή Lidar. Τέλος, ένα μεγάλο ευχαριστώ οφείλω στους γονείς μου, για την συμπαράσταση και την στήριξη κατά τη διάρκεια πραγματοποίησης των σπουδών μου και της υλοποίησης της παρούσας διατριβής. 7

8 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη και εξέταση της ευστάθειας των πρανών και οι μηχανισμοί αστοχίας σε περιβάλλον γνευσιακής βραχόμαζας κατά μήκος του οδικού κάθετου άξονα 75 της Εγνατίας Οδού, στην περιοχή Κομοτηνή- Νυμφαία-Ελληνοβουλγαρικά σύνορα. Σημαντικό εργαλείο σε αυτή την μελέτη ήταν η χρήση του σαρωτή laser Lidar. Συγκεκριμένα, στο πρώτο κεφάλαιο περιλαμβάνεται η εισαγωγή, στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια ανάλυση σχετικά με την με τα χαρακτηριστικά και την ταξινόμηση των κατολισθήσεων. Στο τρίτο κεφάλαιο, αναφέρονται οι μέθοδοι με τις οποίες γίνεται η ανάλυση ευστάθειας ενός πρανούς. Το τέταρτο κεφάλαιο περιλαμβάνει τις τεχνικογεωλογικές παραμέτρους, καθώς και τις μεθόδους έρευνας για τις κατολισθήσεις. Επίσης γίνεται αναφορά για τον σαρωτή Lidar, την αρχή της λειτουργίας του, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Το πέμπτο κεφάλαιο αναφέρεται στο γεωλογικό περιβάλλον της γνευσιακής βραχόμαζας (αποσάθρωση, κερματισμός), καθώς και στην γεωλογία της περιοχής μελέτης, τις γεωμορφολογικές συνθήκες και την σεισμικότητα. Το έκτο κεφάλαιο αναφέρεται στις τεχνικογεωλογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή έρευνας. Περιλαμβάνει την γεωτεχνική αξιολόγηση των εργαστηριακών δοκιμών με την χρήση ιστογραμμάτων, τον καθορισμό τεχνικογεωλογικών τύπων στην περιοχή, τους μηχανισμούς αστοχίας και συμπεριφοράς στα πρανή και την απεικόνιση τυπικών διατομών για κάθε τύπο ξεχωριστά. Το έβδομο κεφάλαιο περιλαμβάνει τις αναλύσεις ευστάθειας για τα πρανή που μελετήθηκαν και αξιολογήθηκαν και τα δεδομένα που προέκυψαν από τη χρήση Lidar. Τέλος το όγδοο κεφάλαιο περιλαμβάνει τα συμπεράσματα της συνολικής εργασίας. 8

9 ABSTRACT The aim of the present master thesis is the study and the examination of the stability of slopes and the failure mechanisms in a gneiss rock-mass environment along the vertical axis of the road 75 of the Egnatia Highway, in the area of Komotini-Nymfea- Greek-Bulgarian border. An important tool in this study was the use of the Lidar laser scanner. Specifically, the first chapter included the introduction, the second chapter is an analysis on the characteristics and classification of landslides. The third chapter refers to the methods which are used for the analysis of the stability of a slope. The forth chapter includes the geotechnical parameters, as well as the research methods for landslides. Reference is also made to the Lidar scanner, the principal of operation, advantages and disadvantages. The fifth chapter refers to the geological environment of the gneiss rockmass (weathering, fragmentation), as well as the geology of the study area, the geomorphological conditions and seismicity. The sixth chapter refers to the geotechnical conditions prevailing in the study area. It includes the geotechnical evaluation of laboratory tests using histograms, the determination ofthe geotechnical types of the area, the failure mechanisms and the behaviour of the slopes and the illustrate of typical intersections for each type separately. The seventh chapter includes the stability analysis for the slopes which were studied and evaluated. Finally, eighth the chapter includes the conclusions of the total master thesis. 9

10 ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κατολισθήσεις όπως είναι γνωστό, είναι ένα φαινόμενο που απασχόλησε αρκετά τον άνθρωπο ιδιαίτερα τις τελευταίες δεκαετίες, όπου μπόρεσε και αύξησε την τεχνογνωσία του τόσο γεωλογικά όσο και τεχνικογεωλογικά και μπόρεσε να ερμηνεύσει και να αναλύσει αυτό το φαινόμενο. Η μελέτη των κατολισθήσεων ήταν επιτακτική ανάγκη καθώς έχει άμεσες επιπτώσεις στην ζωή του αλλά και γενικότερα στο περιβάλλον όπου κινείται και αναπτύσσεται. Δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις που ακούμε για κατολισθήσεις ή για καταπτώσεις βράχων που έχουν σαν αποτέλεσμα την απώλεια ανθρώπινων ζωών, τόσο στον ελλαδικό χώρο όσο και σε παγκόσμια κλίμακα. Επομένως η μελέτη και η κατανόηση του μηχανισμού των κατολισθήσεων είναι αρκετά σημαντική για την αποφυγή δυσάρεστων ατυχημάτων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη της τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς της γνευσιακής βραχόμαζας, οι μηχανισμοί αστοχίας που συναντώνται, καθώς και η κατάλληλη προσομοίωση μοντέλων για την συμπεριφορά ευστάθειας στα πρανή κατά μήκος του οδικού κάθετου άξονα 75 της Εγνατίας Οδού στην περιοχή Κομοτηνή Νυμφαία Ελληνοβουλγαρικά σύνορα. Ένα από τα βασικά εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν ήταν ο σαρωτής laser Lidar. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε στην συγκεκριμένη διπλωματική ήταν η εξής: Πρώτο βήμα ήταν η δημιουργία μιας βάσης δεδομένων στο Excell ταξινομώντας το σύνολο των γεωτρήσεων της περιοχής μελέτης (γεωυλικό, αποσάθρωση, κερματισμός). Ακολούθησε η ταξινόμηση των εργαστηριακών δοκιμών ανά φύλλο γεώτρησης και η γεωτεχνική αξιολόγηση αυτών με την δημιουργία πινάκων και ιστογραμμάτων. Στη συνέχεια, ξεκίνησε η διαδικασία μελέτης υπαίθρου, κατά την οποία πραγματοποιήθηκαν ταξινομήσεις βραχόμαζας, μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων, συλλογή δειγμάτων για το εργαστήριο, διακριτοποίηση και περιγραφή πρανών ανάλογα με τον βαθμό αποσάθρωσης, τον βαθμό κερματισμού και την σχιστοποίηση. Σκοπός όλων των παραπάνω ήταν η κατηγοριοποίηση τεχνικογεωλογικών τύπων γνευσίου στην περιοχή, καθώς και η κατάλληλη επιλογή πρανών για σάρωση με τη χρήση Lidar. 10

11 ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κατηγοριοποίηση των τεχνικογεωλογικών τύπων στην περιοχή έρευνας προέκυψε ύστερα από την τεχνικογεωλογική αξιολόγηση των εργαστηριακών δοκιμών (τιμές σci, PLT, RQD), καθώς και από την υπαίθρια μελέτη αξιολόγηση (GSI, μετρήσεις ασυνεχειών, ποιότητα και δομή βραχόμαζας). Αμέσως μετά, ξεκίνησε η διαδικασία επεξεργασίας των αποτελεσμάτων της σάρωσης στον H/Y με την χρήση του PolyWorks 10.0 (InnovMetrics PolyWorks 10.0, Quebec Canada, 2007). Ακολούθησε η τεκτονική ανάλυση των πρανών (δίκτυο Schmidt, δυνητικές επίπεδες και σφηνοειδής ολισθήσεις) που σκαναρίστηκαν με το Lidar με τη χρήση Dips v Με την συλλογή όλων των παραπάνω στοιχείων πραγματοποιήθηκαν και αναλύσεις ευστάθειας πρανών τόσο για επίπεδες και σφηνοειδής ολισθήσεις με Rockplane v. 2.0 και Swedge v. 4.0 αντίστοιχα όσο και για περιστροφικού τύπου ολισθήσεις με την χρήση Slide v. 5.0 της Rockscience. Τέλος παρατίθενται τα συμπεράσματα της συνολικής εργασίας. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε τέσσερα μέρη: Το πρώτο μέρος αφορά το θεωρητικό υπόβαθρο το οποίο χωρίζεται από τρία κεφάλαια και είναι πολύ χρήσιμο για την κατανόηση και την συνέχιση των μετέπειτα κεφαλαίων καθώς σε αυτό αναφέρονται: ορισμός κατολίσθησης, ταξινόμηση κατολισθήσεων, αίτια κατολισθήσεων, οι μέθοδοι ανάλυσης ευστάθειας πρανών, καθώς και οι τεχνικογεωλογικοί παράμετροι για τις κατολισθήσεις. Μέσα σε αυτές, περιλαμβάνονται οι ταξινομήσεις βραχόμαζας με βάση το γεωτεχνικό σύστημα ταξινόμησης GSI, η μελέτη στην ύπαιθρο και η λειτουργία και εφαρμογή του σαρωτή laser Lidar. Το δεύτερο μέρος αφορά το γεωλογικό περιβάλλον της γνευσιακής βραχόμαζας (αποσάθρωση, κερματισμός, καθεστώς τεκτονισμού, υδρογεωλογικές συνθήκες,) καθώς και την γεωλογία της περιοχής μελέτης, τις γεωμορφολογικές συνθήκες και τέλος την σεισμικότητα της περιοχής. Το τρίτο μέρος αφορά τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά της γνευσιακής βραχόμαζας, τη μελέτη αυτοψία στην ύπαιθρο με τις ταξινομήσεις βραχόμαζας τη συλλογή δειγμάτων και την σάρωση με το Lidar. 11

12 ΚΕΦ. 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Επίσης, παρουσιάζονται τα ιστογράμματα των εργαστηριακών δοκιμών που προέρχονται από την τεχνικογεωλογική μελέτη της περιοχής για τον κάθετο άξονα της Εγνατίας Οδού, καθώς και από δείγματα που συλλέχθηκαν στην ύπαιθρο και εξετάστηκαν στο εργαστήριο.. Σε αυτό το στάδιο παραθέτονται οι τεχνικογεωλογικοί τύποι του γνευσίου, οι μηχανισμοί αστοχίας που συναντώνται για κάθε τεχνικογεωλογικό τύπο στα πρανή, καθώς και η σχεδιαστική απεικόνιση τυπικών διατομών (χρήση corel) με τα μηχανικά χαρακτηριστικά κάθε γεωυλικού και τις μορφές αστοχίας που προκύπτουν σε κάθε περίπτωση. Στο τέταρτο μέρος, πραγματοποιούνται οι αναλύσεις ευστάθειας των εξεταζόμενων πρανών με τα προγράμματα Rockplane Swedge και Slide της Rockscience για επίπεδες, σφηνοειδής και περιστροφικού τύπου ολισθήσεις αντίστοιχα. 12

13 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 o ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ 2.1 Oρισμός κατολίσθησης Ο όρος «κατολίσθηση» αποτελεί την απόδοση του αντίστοιχου αγγλικού όρου «Landslide» ο οποίος ετυμολογικά δεν ανταποκρίνεται με ακρίβεια στο γενικότερο φαινόμενο, καθόσον εκτός της ολίσθησης μπορεί να περιλαμβάνει η πτώση, η ανατροπή ή ακόμα και η ροή. Επιπλέον, το φαινόμενο αυτό μπορεί να γίνει όχι μόνο στην ξηρά αλλά και μέσα σε λίμνες, ταμιευτήρες και θάλασσες. Με την γενική έννοια του όρου, κατολίσθηση είναι κάθε αλλαγή μεγάλη ή μικρή της επιφάνειας μια κλιτύος, συνοδευόμενη από μετακίνηση υλικού, με ρήξη ή όχι της συνέχειας της, αργή ή ξαφνική που προέρχεται από δυνάμεις βαρύτητας και οφείλεται σε τεχνικά ή φυσικά πρανή. Η κατολίσθηση εκφράζει το αποτέλεσμα αναζήτησης μιας νέας κατάστασης ισορροπίας του εδάφους και είναι δυνατή η ανθρώπινη επέμβαση για την πλήρη παύση ή επιβράδυνση του φαινομένου. 2.2 Ταξινόμηση κατολισθήσεων Ο Varnes (1978) πρότεινε ένα σύστημα ταξινόμησης κατολισθήσεων που περιλαμβάνει όλες τις εδαφικές μετακινήσεις που μπορούν να παρατηρηθούν σε πρανή εκτός βέβαια των καθιζήσεων. Τα βασικά κριτήρια ταξινόμησης είναι: i. Ο τύπος της μετακίνησης ii. Το είδος του μετακινούμενου υλικού Ανάλογα με τον τύπο της μετακίνησης διακρίνονται: Καταπτώσεις Ανατροπές Ολισθήσεις Πλευρικές εξαπλώσεις Ροές Σύνθετες μορφές 13

14 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Ανάλογα με το είδος της μετακίνησης του γεωλογικού υλικού που μετακινείται διακρίνονται κινήσεις οι οποίες εκδηλώνονται: Στο βραχώδες υπόβαθρο Στους εδαφικούς σχηματισμούς που διακρίνονται σε κορήματα και σε γαίες Στη συνέχεια δίνεται μια σχετικά συνοπτική περιγραφή κάθε τύπου μετακινήσεις σύμφωνα με το σύστημα ταξινόμησης του VARNES. Πίνακας 2.1 Ταξινόμηση μετακίνησης πρανών κατά Varnes (Κούκης, Σαμπατακάκης 2007) Καταπτώσεις Στις καταπτώσεις, μία μάζα (κυρίως πετρώματος αλλά και συνεκτικού εδάφους) οποιουδήποτε μεγέθους, αποσπάται από ένα απότομο εδαφικό ή βραχώδες πρανές, κατά μήκος μιας επιφάνειας χωρίς ή ελάχιστη διατμητική μετατόπιση και πτώση γίνεται κυρίως ελεύθερα με αναπήδηση ή κύλιση στην επιφάνεια του πρανούς. 14

15 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Η μετακίνηση είναι εξαιρετικά γρήγορη και είναι δυνατό να έχουν προηγηθεί αυτής μικρότερες μετακινήσεις που οδήγησαν στον προοδευτικό αποχωρισμό της μετακινούμενης μάζας από το μητρικό πέτρωμα. Το φαινόμενο των καταπτώσεων είναι συνηθισμένο στα απότομα πρανή πολύ συνεκτικών εδαφών ή βράχων τα οποία υποσκάπτονται από την ενέργεια θαλάσσιων κυμάτων ή το ρεύμα ποταμών ή ακόμα από την ανθρώπινη παρέμβαση. Στην περίπτωση των καταπτώσεων βράχων η μάζα που μετακινείται είναι η μάζα βράχων που αποσπάστηκαν από μία περιοχή του υποβάθρου, ενώ οι πιο συχνές περιπτώσεις αναφέρονται σε: i. Εναλλαγές συμπαγών και λιγότερο συμπαγών πετρωμάτων ii. Συμπαγή πετρώματα με δυσμενή γεωμετρία ασυνεχειών Στην περίπτωση καταπτώσεων κορημάτων η μάζα που αποκολλάται είναι κορήματα, τα οποία αποτελούνται από θραύσματα που δημιουργήθηκαν πριν από την εμφάνιση του φαινομένου της μετακίνησης. Τέλος η κατάπτωση γαιών (ή εδάφους) είναι αρκετά σπάνιο φαινόμενο καθόσον τα υλικά κατά κανόνα υπόκεινται στους άλλους τύπους μετακίνησης. Σχήμα 2.1 Καταπτώσεις βράχων ( 15

16 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Ανατροπές Στις ανατροπές η κίνηση είναι μία προς τα έξω περιστροφή της αποσπώμενης μάζας από ένα βραχώδες κυρίως πρανές, γύρω από ένα σημείο ή άξονα περιστροφής που βρίσκεται χαμηλότερα από ένα κέντρο βάρους της μετακινούμενης μάζας. Προκαλείται κυρίως από την βαρύτητα και από τις δυνάμεις που ασκούνται από τα γειτονικά τεμάχη ή από την επίδραση του νερού ( υδροστατικές πιέσεις, παγετός) που γεμίζει τις ασυνέχειες και ρωγμές. Η ταχύτητα μετακίνησης μπορεί να είναι εξαιρετικά αργή στα πρώτα στάδια και να μετατραπεί εξαιρετικά γρήγορη στα τελευταία στάδια. Οι Goodman and Bray (1976) και στη συνέχεια οι Hoek and Bray (1977) με βάση τους μηχανισμούς που συμβάλουν στην εκδήλωση των ανατροπών στους βραχώδεις κυρίως σχηματισμούς πρότειναν την παρακάτω ταξινόμηση: Ανατροπή λόγω κάμψης ( το σκληρό πέτρωμα αποχωρίζεται σε κολώνες λόγω της ύπαρξης ενός καλά αναπτυγμένου συστήματος ασυνεχειών) Ανατροπή τεμαχών ( ανάλογη περίπτωση με την προηγούμενη με την διαφορά ότι η θραύση και η ανατροπή έρχεται λόγω της παρουσίας ενός δεύτερου συστήματος ασυνεχειών. Ανατροπή τεμαχών λόγω κάμψης ( σε απότομα βραχώδη πρανή μπορεί να παρατηρηθεί σημαντική κάμψη των πετρωμάτων κατά μήκος μιας καλά διαμορφωμένης επιφάνειας ) Δευτερογενείς ανατροπές ( στην κατηγορία αυτή εντάσσονται περιπτώσεις που προκαλούνται κυρίως από υποσκαφή της βάσης του πρανούς λόγω φυσικών διεργασιών. Οι πιο συχνές από τις περιπτώσεις αυτές είναι: Ανατροπή του πόδα λόγω ολίσθησης των ανώτερων στρωμάτων Ανατροπή της βάσης λόγω ολίσθησης Ανατροπή των ανώτερων στρωμάτων λόγω ολίσθησης Ανατροπή λόγω της παρουσίας εφελκυστικών ρωγμών Κυκλοειδής ολίσθηση και ανατροπή 16

17 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Σχήμα 2.2 Ανατροπή βράχων ( Ολισθήσεις Στις ολισθήσεις, η μετακίνηση προϋποθέτει κυρίως διατμητική παραμόρφωση και μετατόπιση θραύση του υλικού κατά μήκος μιας ή περισσότερων επιφανειών που μπορεί να είναι ορατές ή όχι και να εκδηλώνονται μέσα σε μία σχετικά στενή ζώνη. Η μετακίνηση μπορεί να είναι προοδευτική, δηλαδή η διατμητική θραύση να μην συμβαίνει ταυτόχρονα σε όλη την επιφάνεια που θα αποτελέσει τελικά την επιφάνεια θραύσης, αλλά επεκτείνεται διαδοχικά πέρα από την αρχική περιοχή τοπικής θραύσης. Η μάζα που θα μετατοπίζεται μπορεί να ολισθήσει προς τα κατάντη απομακρυνόμενη από την αρχική επιφάνεια θραύσης. Στους βραχώδεις σχηματισμούς η ολίσθηση μπορεί να συνίσταται από μετατόπιση - μετακίνηση επάνω σε καλά διαμορφωμένες επιφάνειες ασυνεχειών (στρώση, διάκλαση, σχιστότητα κ.λπ.), χωρίς να παρατηρείται πρωτογενής θραύση του υλικού οπότε και η επιφάνεια ολίσθησης να είναι σαφώς καθορισμένη. Έτσι, είναι δυνατό η ολισθαίνουσα μάζα να κινηθεί πάνω στην επιφάνεια ολίσθησης, η οποία και αποτελεί πλέον μία επιφάνεια διαχωρισμού για τη μετακινούμενη μάζα. Η μετακινούμενη μάζα μπορεί να παραμείνει ενιαία κατά την ολίσθηση ή να διαχωριστεί σε μικρότερες ανεξάρτητα κινούμενες μάζες. 17

18 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Οι ολισθήσεις, ανάλογα με την μορφή της επιφάνειας ολίσθησης καθώς και το μηχανισμό μετακίνησης διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες: a) Περιστροφικές ολισθήσεις b) Μεταθετικές ολισθήσεις Σχήμα 2.3 Περιστροφική ολίσθηση (Varnes 1978) a) Περιστροφικές ολισθήσεις Οι περιστροφικές ολισθήσεις γίνονται συνήθως κατά μήκος κοίλων προς τα πάνω επιφανειών με μικρή παραμόρφωση στο εσωτερικό της μετακινούμενης μάζας. Το ανώτερο τμήμα της μετακινούμενης μάζας κινείται σχεδόν κατακόρυφα προς τα κάτω με μία μικρή κάμψη προς τα πίσω, λόγω της περιστροφικής κίνησης, ενώ στη βάση της μετακινούμενης μάζας παρατηρείται ανύψωση. Στην περίπτωση περιστροφικών ολισθήσεων μεγάλου μήκους η ολίσθηση γίνεται πάνω σε μία κυλινδρική επιφάνεια όπου ο άξονάς της θεωρείται παράλληλος προς την περιστροφή της κατολίσθησης. Οι περιστροφικές κατολισθήσεις εκδηλώνονται κυρίως σε ομογενή εδαφικά υλικά και συνήθως το μήκος τους είναι 3-7 φορές το βάθος τους. Επίσης μπορούν να εκδηλωθούν σε έντονα ασυνεχείς βραχόμαζες οι οποίες μπορούν να θεωρηθούν σαν ισότροπες. 18

19 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Συνήθως οι πρώτες ενδείξεις πριν την εκδήλωση μιας περιστροφικής κατολίσθησης είναι η εμφάνιση τοξοειδών ρωγμών στο έδαφος, κατά μήκος των οποίων θα αναπτυχθεί η κύρια κατακρήμνιση με τη μέγιστη κατακόρυφη μετακίνηση της ολίσθησης. Σε µια τυπική περιστροφική ολίσθηση το κύριο μέτωπο είναι η επιφάνεια που οριοθετεί προς τα ανάντι το αδιατάρακτο έδαφος που βρίσκεται γύρω από την περιφέρεια της μετακίνησης και προκαλείται από την απομάκρυνση της ολισθαίνουσας μάζας. Η προέκταση της επιφάνειας της ουλής κάτω από το υλικό που μετατοπίστηκε, αποτελεί την επιφάνεια θραύσης. Το δάκτυλο της επιφάνειας θραύσης είναι η τομή ανάμεσα στο κατώτερο µέρος της επιφάνειας θραύσης και στην αρχική επιφάνεια του εδάφους. Το υλικό που εξακολουθεί να βρίσκεται στη θέση του, πρακτικά χωρίς μετατόπιση και που γειτονεύει µε τα υψηλότερα σημεία της κύριας ουλής είναι η στέψη. Τα ανώτερα τµήµατα της ολισθαίνουσας μάζας κατά μήκος της επαφής ανάμεσα στο µετακινούµενο υλικό και την κύρια ουλή αποτελούν την κεφαλή της κατολίσθησης. Η κορυφή είναι το υψηλότερο σημείο επαφής, ανάμεσα στο υλικό που έχει μετατοπιστεί και την κύρια ουλή. Το κύριο μέτωπο συνοδεύει συνήθως το δευτερεύων μέτωπο που αντιστοιχεί σε µια απότομη επιφάνεια (αναβαθμό) µέσα στο υλικό που µετατοπίστηκε και η οποία προκύπτει από διαφορετικές κινήσεις μέσα στη µάζα που ολισθαίνει. Το περιθώριο του πιο αποµακρυσµένου, από την κύρια ουλή, υλικού είναι το δάκτυλο της κατολίσθησης. Το άκρο είναι το πιο αποµακρυσµένο σηµείο του δακτύλου από την κορυφή της ολίσθησης. Μεταξύ του δακτύλου και του κυρίου μετώπου αναπτύσσονται όλα τα υπόλοιπα τµήµατα της κατολίσθησης. Έτσι το µεταφερόµενο υλικό είναι το υλικό που έχει αποµακρυνθεί από την αρχική του θέση στο πρανές, είτε είναι παραµορφωµένο είτε όχι. 19

20 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Το τµήµα του µεταφερόµενου υλικού που υπέρκειται της επιφάνειας θραύσης στην περιοχή ανάµεσα στην κύρια ουλή και το δάκτυλο της επιφάνειας θραύσης ονοµάζεται κύριο σώµα. Μεταξύ του µεταφερόµενου υλικού και αυτού που δεν έχει µετατοπισθεί βρίσκεται η επιφάνεια διαχωρισµού, κατά µήκος της οποίας δεν έχει συµβεί καµία θραύση. Ως πόδας χαρακτηρίζεται το µέρος του µεταφερόµενου υλικού που βρίσκεται κατάντη από το δάκτυλο. Σχήμα 2.4. Ιδεατό σχέδιο και ονοματολογία μιας περιστροφικής ολίσθησης (από Λέκκας, 2000) Για τις διαστάσεις και την γεωμετρία μιας τυπικής κατολίσθησης προτάθηκαν από την Ειδική επιτροπή για τις κατολισθήσεις της Διεθνούς Ένωσης Τεχνικής Γεωλογίας (IAEG )τα εξής μεγέθη: 1) Πλάτος ολισθαίνουσας μάζας (Wd), η μέγιστη απόσταση μεταξύ των πλευρικών ορίων της ολισθαίνουσας μάζας, κάθετα στο μήκος της (Ld). 2) Πλάτος της επιφάνειας ολίσθησης (Wr), η μέγιστη απόσταση μεταξύ των πλευρών της κατολίσθησης, κάθετα στο μήκος της επιφάνειας ολίσθησης (Lr). 3) Ολικό μήκος (L), η ελάχιστη απόσταση από την στέψη της κατολίσθησης μέχρι το άκρο της. 4) Μήκος ολισθαίνουσας μάζας (Ld), η ελάχιστη απόσταση από την κορυφή στο άκρο της κατολίσθησης. 20

21 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ 5) Μήκος επιφάνειας ολίσθησης (Lr), η ελάχιστη απόσταση από την στέψη μέχρι την απόληξη της επιφάνειας ολίσθησης. 6) Βάθος της ολισθαίνουσας μάζας (Dd), το μέγιστο βάθος της μάζας που έχει ολισθήσει μετρημένο κάθετα στο επίπεδο που ορίζεται από τα Wd και Ld. 7) Βάθος της επιφάνειας ολίσθησης (Dr), το μέγιστο βάθος της επιφάνειας ολίσθησης από την αρχική επιφάνεια του εδάφους μετρημένο κάθετα στο επίπεδο που ορίζεται από τα Wr και Lr. Σχήμα ). Τυπικές διαστάσεις περιστροφικής ολίσθησης,(iaeg Commission on Landslides 21

22 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ b) Μεταθετικές ολισθήσεις Στις μεταθετικές ολισθήσεις η μάζα που αποσπάται από τα πρανές μετακινείται προς τα έξω ή προς τα κάτω και έξω, κατά μήκος μιας κατά προσέγγιση επίπεδης ή ομαλής κυματοειδούς επιφάνειας, με πολύ μικρή ή καθόλου περιστροφική κίνηση ή κάμψη. Συνήθως, η μετακινούμενη μάζα ολισθαίνει και μετακινείται παράλληλα πάνω στην επιφάνεια ολίσθησης. Η διάκριση της μεταθετικής από την περιστροφική ολίσθηση είναι βασικής σημασίας για την αντιμετώπιση του προβλήματος. Στην περιστροφική ολίσθηση, όπου η επιφάνεια ολίσθησης στην περιοχή του πόδα κλίνει προς το πρανές, υπάρχει η «εγγενής» τάση αποκατάστασης της ισορροπίας στην ασταθή μάζα. Αντίθετα, σε μία μεταθετική ολίσθηση, η μετακίνηση μπορεί να προχωράει απεριόριστα, όταν η επιφάνεια ολίσθησης έχει σημαντική κλίση και εφόσον η διατμητική αντίσταση κατά μήκος της επιφάνειας αυτής παραμένει μικρότερη από τη σταθερή δύναμη που προκαλεί την κίνηση. Οι μεταθετικές ολισθήσεις είναι γενικά πιο αβαθείς από τις περιστροφικές και συνήθως το μήκος τους υπερβαίνει το 10πλάσιο του βάθους τους ενώ έχει μορφή «διευρυμένου σε πλάτος καναλιού». Μεταθετικές ολισθήσεις κατά μήκος συγκεκριμένης ασυνέχειας σε ασυνεχείς βραχόμαζες ονομάζονται επίπεδες ολισθήσεις κατά Hoek and Bray (1977). Στην περίπτωση όπου η ολίσθηση γίνεται πάνω σε δύο τεμνόμενες επιφάνειες ασυνεχειών και κατά μήκος της τομής τους, καλείται σφηνοειδής ολίσθηση. Κλιμακωτές μεταθετικές ολισθήσεις είναι επίσης να εκδηλωθούν σε βραχώδη πρανή όταν η βραχόμαζα διατέμνεται από δύο ή περισσότερα κυρίαρχα συστήματα ασυνεχειών. Σχήμα 2.5. Ολίσθηση τεμάχους Σχήμα 2.6 Σφηνοειδής ολίσθηση (Κούκης, Σαμπατακάκης 2007) 22

23 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Σύμφωνα με τα παραπάνω μπορούν να διακριθούν δύο τύποι αστοχίας και συμπεριφοράς της βραχόμαζας (Σχήμα 2.7) και είναι αυτοί που θα μας απασχολήσουν και στην παρούσα διπλωματική εργασία. Έτσι έχουμε: Θραύση κατά μήκος σύνθετης επιφάνειας που εμπλέκει μια σειρά από διάφορες ασυνέχειες αλλά και διάρρηξη των γεφυρών του άρρηκτου βράχου μεταξύ των ασυνεχειών αυτών.( Ισότροπη συμπεριφορά). Στις ασυνέχειες: Θραύση κατά μήκος μίας ή δύο συγκεκριμένων ασυνεχειών (επίπεδες ολισθήσεις, σφηνοειδής ολισθήσεις). (Ανισότροπη συμπεριφορά). Σχήμα 2.7. Μορφές αστοχίας βραχόμαζας (Β. Μαρίνος, 2011) Ροές Οι ροές υγρές ή ξηρές, γρήγορες ή αργές εκδηλώνονται κυρίως σε χαλαρά υλικά. Αντίθετα στο βραχώδες υπόβαθρο, οι αντίστοιχες μετακινήσεις περιλαμβάνουν τις πολύ αργές παραμορφώσεις που κατανέμονται ανάμεσα σε πολλές κοντινές ρωγμές διακλάσεις, καθώς και εκείνες που παρατηρούνται μέσα στη μάζα του πετρώματος και προέρχονται από κάμψη, πτύχωση ή διόγκωση. 23

24 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Οι αργές ροές ταξινομούνται από το VARNES και από πολλούς ερευνητές στον ερπυσμό που είναι μία αργή, όχι άμεσα ορατή κίνηση του επιφανειακού μανδύα του εδάφους ή του σαθρού καλύμματος των πετρωμάτων. Αναγνωρίζεται το φαινόμενο αυτό από την κλίση των δέντρων στύλων ή ακόμα και από τη σχετική θέση των θραυσμάτων κάποιου χαρακτηριστικού γεωλογικού ορίζοντα. Παρακάτω διακρίνονται βασικοί τύποι ροών: Ροές βραχώδους υποβάθρου Ροές κορημάτων Ροές γαιών Σχήμα 2.8. (α) (β) Ροή κορημάτων, (γ) Ροή γαιών, (δ) Ροή άμμου ιλύος (Κούκης, Σαμπατακάκης 2007) Σύνθετες μετακινήσεις πρανών Συνήθως οι μετακινήσεις των πρανών είναι ένας συνδυασμός των κύριων τύπων μετακινήσεων που περιγράφηκαν μέχρι τώρα, που εκδηλώνονται είτε στα διάφορα τμήματα της μετακινούμενης μάζας είτε στα διάφορα στάδια της εξέλιξης της μετακίνησης. Σαν σύνθετες ολισθήσεις ταξινομούνται αυτές στις οποίες διαφορετικού τύπου μετακινήσεις γίνονται σε διαφορετικές περιοχές της ολισθαίνουσας μάζας, μερικές φορές ταυτόχρονα ( Cruen and Varnes 1996). Αυτές διακρίνονται: Χιονοστιβάδα καταπτώσεων βράχων Ολίσθηση ροής 24

25 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ 2.3 Παράγοντες που συμβάλλουν στην εκδήλωση κατολισθήσεων Γενικά Ο μηχανισμός εκδήλωσης μιας κατολίσθησης περιλαμβάνει γενικά μια αλληλουχία γεγονότων που αρχίζουν με την επίδραση διάφορων αιτίων, που επηρεάζουν τις συνθήκες ισορροπίας του πρανούς και προκαλούν τη διατάραξη του με τελικό αποτέλεσμα τη θραύση και τη μετακίνηση. Σπάνια μπορεί να αποδοθεί μία κατολίσθηση σε ένα και μοναδικό αίτιο. Η διαδικασία που οδηγεί στην ανάπτυξη μιας μετακίνησης πρανούς αρχίζει θεωρητικά με το σχηματισμό του ίδιου του γεωλογικού υλικού από το οποίο αποτελείται το πρανές, όταν καθορίζονται οι βασικές φυσικές του ιδιότητες και περιλαμβάνει όλα τα επακόλουθα γεγονότα των μετακινήσεων του φλοιού, της διάβρωσης και της αποσάθρωσης. Τελικά κάποια συγκεκριμένη δράση, ίσως ασήμαντη, προκαλεί την έναρξη της μετακίνησης του γεωυλικού προς τα κατάντη. Στις περισσότερες περιπτώσεις υπάρχει ταυτόχρονα ένας συνδυασμός αιτίων που οδηγούν στην εκδήλωση του φαινομένου. Συχνά, ο τελικός παράγοντας δεν είναι τίποτε άλλο από μία διέγερση που έθεσε σε κίνηση μία μάζα που βρισκόταν ήδη σε οριακή κατάσταση ισορροπίας και για το λόγο αυτό καλείται έναυσμα μετακίνησης. Ο Terzaghi (1950) υποδιαιρεί τα αίτια των κατολισθήσεων σε δύο βασικές κατηγορίες: Τα εξωγενή τα οποία προκαλούν αύξηση της επιβαλλόμενης διατμητικής τάσης στο πρανές( π.χ. μεταβολή στη γεωμετρία του πρανούς, αποφόρτιση του πόδα, φόρτιση του μετώπου, σεισμοί κ.λπ.) Τα ενδογενή που προκαλούν μείωση της διατμητικής αντοχής του υλικού (π.χ. προοδευτική θραύση, αποσάθρωση, διάβρωση κ.λπ) 25

26 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Ο Varnes (1978) ομαδοποίηση τους παράγοντες που συντελούν στην εκδήλωση των κατολισθήσεων σε τρεις επιμέρους κατηγορίες: Στους παράγοντες που συμβάλλουν στην αύξηση της διατμητικής τάσης που επιδρά πάνω στο υπό μετακίνηση υλικό. Στους παράγοντες που συμβάλλουν στην πιθανή χαμηλή διατμητική αντοχή του υλικού. Στους παράγοντες που συντελούν στη μείωση της διατμητικής αντοχής του υλικού. 2.4 Ταξινόμηση των παραγόντων που συμβάλλουν στην εκδήλωση κατολισθήσεων Με σκοπό την καλύτερη κατανόηση των αιτιών που προκαλούν μία κατολίσθηση παρατίθεται το παρακάτω ενδεικτικό διάγραμμα της μεταβολής του συντελεστή ασφαλείας ενός φυσικού πρανούς με το χρόνο. Διάγραμμα 2.1. Παράδειγμα μεταβολής του συντελεστή ασφαλείας ενός πρανούς με το χρόνο (WP/WLI 1995), (Κούκης και Σαμπατακάκης 2007) 26

27 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Με βάση τα αποτελέσματα της επίδρασης τους στην ευστάθεια των πρανών έχουμε την παρακάτω ταξινόμηση των παραγόντων που προκαλούν κατολίσθηση: Προκαταρκτικοί παράγοντες: Αυτοί συντελούν προοδευτικά στην αστάθεια του πρανούς, το οποίο με την πάροδο του χρόνου γίνεται επιρρεπές σε ολίσθηση, χωρίς όμως να έχει γίνει έναρξη της μετακίνησης. Απλά, με την επίδραση των προκαταρκτικών παραγόντων δημιουργούνται συνθήκες ενός οριακά σταθερού πρανούς. Παράγοντες εναύσματος μετακίνησης: Αυτοί προκαλούν την έναρξη της μετακίνησης. Οι παράγοντες αυτοί συντελούν στη μετατροπή ενός πρανούς από οριακά σταθερό σε ενεργά ασταθές. 2.5 Αίτια εκδήλωσης των κατολισθήσεων Γενικά Οι δυνάµεις που καθορίζουν αν κάποιο πέτρωµα ενός πρανούς θα κινηθεί ή θα παραµείνει σταθερό είναι: η διατµητική τάση και η διατµητική αντοχή οι οποίες είναι αντίρροπες µεταξύ τους. Το βάρος ενός πετρώματος επί ενός πρανούς µπορεί να αναλυθεί σε µια συνιστώσα κάθετη στο πρανές, την ορθή τάση και µια συνιστώσα παράλληλη προς το πρανές, τη διατµητική τάση. Η τάση αυτή θα κινούσε το πέτρωµα προς τα κάτω εάν αυτό δεν αντιδρούσε µε την εσωτερική αντοχή του (διατµητική αντοχή). Αυτή καθορίζεται από την τριβή και τη συνεκτικότητα των επιµέρους τµηµάτων του πετρώµατος ή του αποσαθρωµένου µανδύα (Κούκης, Σαμπατακάκης, 2007). Σχήμα 2.11 Σχηματική απεικόνιση των δυνάμεων που επιδρούν στο πρανές. (Χρηστάρας, 2010) 27

28 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Παράγοντες εκδήλωσης κατολισθήσεων Παρακάτω γίνεται η περιγραφή μερικών παραγόντων που είναι σημαντικοί για το έναυσμα εκδήλωσης κατολισθητικών φαινομένων. Γεωμορφολογικά στοιχεία πρανούς: Υπάρχει άμεσος συσχετισμός ανάμεσα σε ορισμένα μορφολογικά χαρακτηριστικά μιας περιοχής με τις διαδικασίες που οδηγούν στις κατολισθήσεις. Μεταξύ αυτών των χαρακτηριστικών τα πιο σημαντικά για τη μελέτη των κατολισθήσεων είναι το υψόμετρο, η κλίση και ο προσανατολισμός του πρανούς (Moore et al., 1991 Beven and Kirkby, 1979, O Loughlin, 1986.). Η κλίση του πρανούς καθορίζεται από φυσικές αιτίες ή ανθρωπογενείς παρεμβάσεις. Στις φυσικές αιτίες συγκαταλέγονται οι κατακόρυφες τεκτονικές κινήσεις μιας περιοχής, η ποτάμια διάβρωση, καθώς και ο παράκτιος κυματισμός. Στις ανθρωπογενείς αιτίες περιλαμβάνονται έργα οδοποιίας, μεταλλευτικές δραστηριότητες και άλλα τεχνικά έργα. Η κλίση του πρανούς επηρεάζει σημαντικά την τάξη των δυνάμεων που συμβάλουν στην αστοχία ενός πρανούς. Αύξηση της κλίσης του πρανούς προκαλεί αντίστοιχη αύξηση της διατμητικής τάσης, της κατακόρυφης συνιστώσας του βάρους που όπως αναφέραμε είναι η κινητήριος δύναμη για να συμβεί η κατολίσθηση. Επομένως, αν όλοι οι υπόλοιποι παράγοντες της μετακίνησης παραμείνουν σταθεροί, οι κατολισθήσεις αναμένεται να είναι πιο συχνές στα απότομα πρανή. Η σύσταση και η δομή του πρανούς: Ένα πρανές συγκροτείται συχνά από ένα συνδυασμό πετρωμάτων, αποσαθρωμένου μανδύα και εδάφους με ποικίλες ποσότητες φυτοκάλυψης και νερού. Όταν το πρανές δομείται αποκλειστικά από στερεά πετρώματα τότε μπορεί να σχηματίζονται ως και κατακόρυφα πρανή. Όταν όμως το πρανές φέρει εσωτερικές επιφάνειες ασυνέχειας (στρώσεις, διαρρήξεις, φυλλώσεις ) που η κλίση τους είναι ομόρροπη με αυτή του πρανούς προκαλούν ολισθήσεις και συμβάλουν στο σχηματισμό των κορημάτων 28

29 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Η έντονη βροχόπτωση: Σε πολλές περιοχές οι πολύ έντονες βροχοπτώσεις που διαρκούν λίγο ή η μέτριας έντασης που διαρκούν για μερικές μέρες έχουν σαν αποτέλεσμα την εκδήλωση σοβαρών κατολισθητικών φαινομένων με μεγάλες κοινωνικο-οικονομικές επιπτώσεις. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η γρήγορη κατείσδυση του νερού της βροχής, προκαλεί κορεσμό του εδάφους και αύξηση του βάρους της εδαφικής μάζας καθώς και αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων με αποτέλεσμα τη μείωση της διατμητικής αντοχής του εδάφους και την εκδήλωση των κατολισθητικών φαινομένων. Γενικά έχει παρατηρηθεί μια στενή σχέση μεταξύ βροχοπτώσεων και κατολισθητικών φαινομένων και η οποία έχει περιγραφεί ποιοτικά ή/και ποσοτικά για διάφορες συγκεκριμένες περιοχές. Η έρευνα στο αντικείμενο αυτό έχει δείξει μία σαφή τάση αύξησης της συχνότητας της εκδήλωσης κατολισθήσεων με την αύξηση της βροχοπτώσεων, ενώ η ποσότητα της κρίσιμης βροχόπτωσης που ενεργοποιεί τα φαινόμενα εξαρτάται γενικά από τις γεωλογικές συνθήκες, το κλίμα, τις γεωμορφολογικές συνθήκες κ.λπ. Επιπρόσθετα, οι ανεξέλεγκτες πυρκαγιές καταστρέφουν τα δάση και την βλάστηση. Αυτό έχει σαν συνέπεια την δραματική αύξηση της διάβρωσης κατά τη χειμερινή περίοδο και την άμεση δράση του νερού της βροχής που δημιουργεί κατά τις έντονες βροχοπτώσεις εδαφικές ροές και επιφανειακές ολισθήσεις. Γρήγορο λιώσιμο χιονιού: Το γρήγορο λιώσιμο χιονιού προκαλείται συνήθως από διαλλείματα ηλιοφάνειας και αύξηση της θερμοκρασίας ή από βροχοπτώσεις που ακολουθούν τις χιονοπτώσεις. Το νερό από το λιώσιμο του πάγου τροφοδοτεί πολύ γρήγορα τη ζώνη αποσάθρωσης των πετρωμάτων ή τους εδαφικούς σχηματισμούς με αποτέλεσμα την εκδήλωση μετακινήσεων. Μεταβολές στη στάθμη του νερού: Η απότομη πτώση της στάθμης του νερού των λιμνών, ταμιευτήρων, ποταμών κ.λπ. που διατρέχουν ένα πρανές προκαλεί αύξηση της διατμητικής τάσης και πιθανή εκδήλωση αστάθειας. Το φαινόμενο αυτό παρουσιάζεται συχνά στους ταμιευτήρες φραγμάτων, όταν οι γεωλογικοί σχηματισμοί είναι χαμηλής διαπερατότητας άργιλοι ή πετρώματα αργιλικής σύστασης. Επίσης, η απότομη άνοδος της στάθμης του υπόγειου νερού στα πρανή λόγω βροχοπτώσεων ή λόγω της ανόδου της στάθμης ποταμών και λιμνών έχουν σαν 29

30 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ αποτέλεσμα την αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων, τη μείωση της διατμητικής αντοχής των εδαφικών σχηματισμών των πρανών και την πιθανή εκδήλωση νέων κατολισθήσεων, την ενεργοποίηση παλιών ή και την επιτάχυνση της κίνησης κάποιων εξαιρετικά αργών κατολισθήσεων που δεν έχουν εντοπιστεί στο παρελθόν. Ηφαιστειακή δράση: Οι ηφαιστειακές εκρήξεις είναι δυνατό να προκαλέσουν κατολισθήσεις λόγω: Των ηφαιστειακών υλικών που αποτίθενται στις απότομες κλιτύες και τα οποία συνήθως γρήγορα διαβρώνονται και δημιουργούν λασποροές και ροές κορημάτων μετά από έντονες βροχοπτώσεις Των δονήσεων που δημιουργούνται με την έκρηξη και την ενεργοποίηση καταπτώσεων βράχων και ολισθήσεων κορημάτων από τις κλιτύες του ηφαιστείου. Το λιώσιμο του χιονιού και του πάγου, όταν η έκρηξη γίνεται κατά τη χειμερινή περίοδο και πολλές φορές έχει σαν αποτέλεσμα την εκδήλωση καταστροφικής ροής κορημάτων και λάσπης. Σεισμική δραστηριότητα: Οι ισχυρές δονήσεις διαταράσσουν της ισορροπία των πρανών με την προσωρινή μεταβολή των τάσεων και αποτελούν πολλές φορές το έναυσμα για την εκδήλωση κατολισθήσεων. Στα απότομα πρανή εκδηλώνονται συνήθως καταπτώσεις βράχων και ολισθήσεις κορημάτων και βράχων, ενώ στα ηπιότερα πρανή εκδηλώνονται περιστροφικές και μεταθετικές ολισθήσεις καθώς και πλευρικές εξαπλώσεις. Ανθρωπογενής παρέμβαση: Στα αίτια των κατολισθήσεων πρέπει απαραίτητα να συμπεριλάβουμε και τους εξωγενείς παράγοντες όπως η έντονη, πολλές φορές, ανθρωπογενής παρέμβαση. Η όψη ενός τοπίου, η μορφολογία του, η γεωλογική δομή του, η ορυκτολογική του σύσταση και το τεκτονικό καθεστώς που επικρατεί σ αυτό (διεύθυνση ρηγμάτων, πυκνότητα διακλάσεων), είναι αποτέλεσμα εξέλιξης που διαρκεί για πολλά εκατομμύρια χρόνια και επιδρά έντονα στη συμπεριφορά των πρανών και των τεχνικών έργων που εδράζονται ή συνορεύουν μ αυτά. 30

31 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Οι κατασκευές τεχνικών έργων (διάνοιξη δρόμων, δόμηση κτιρίων) με τις αντίστοιχες μεταβολές που αυτές συνεπάγονται για την περιοχή κατασκευής (δημιουργία απότομων πρανών, αφαίρεση προστατευτικού καλύμματος, επιπλέον φόρτιση ενός σχηματισμού) μπορούν να προκαλέσουν αστοχίες πρανών. Παρόλα αυτά είναι πολύ δύσκολο σε μερικές περιπτώσεις να καθορισθεί το μερίδιο της ευθύνης που φέρουν οι ανθρώπινες δραστηριότητες στην πρόκληση των κατολισθήσεων. Αυτό συμβαίνει επειδή οι κατολισθήσεις είναι έως ένα βαθμό φυσικό φαινόμενο. Όμως η κατασκευή τεχνικών έργων μπορεί να αυξήσει τη διάβρωση ενεργοποιώντας παλιές κατολισθήσεις ή δημιουργώντας νέες. Στον Πίνακα 2.3 παρατίθενται οι πιο σημαντικοί παράγοντες εκδήλωσης κατολισθήσεων (συνοπτικά). 31

32 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ Πίνακας 2.3. Οι πλέον σημαντικοί παράγοντες εκδήλωσης κατολισθήσεων (WP/WLI 1994) (Κούκης, Σαμπατακάκης 2007) 32

33 ΚΕΦ. 2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ 2.6 Μέτρα αντιμετώπισης κατολισθήσεων Η αντιμετώπιση μιας υφιστάμενης κατολίσθησης ή η πρόληψη μιας πιθανής κατολίσθησης αποτελούν συνάρτηση της μείωσης των κινητήριων δυνάμεων ή αύξηση των διαθέσιμων δυνάμεων αντίστασης. Επομένως, οποιοδήποτε επανορθωτικό μέτρο που χρησιμοποιείται, πρέπει να παρέχει ένα ή και τα δύο από τα παραπάνω αποτελέσματα. Έτσι, με σκοπό να βοηθήσει στον τομέα αυτό, προτείνονται κάποια μέτρα τα οποία είναι διατεταγμένα σε τέσσερις πρακτικές ομάδες: 1) την τροποποίηση της γεωμετρίας των πρανών, 2) την αποστράγγιση, 3) τις διατηρούμενες δομές και 4) την εσωτερική ενίσχυση των πρανών (Popescu, 2002). Πίνακας 2.4. Μέτρα αποκατάστασης κατολισθήσεων (Πολυκρέτης, 2013) 33

34 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 o ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ 3.1 Εισαγωγή Η ανάλυση ευστάθειας πρανούς πραγματοποιείται με σκοπό τον προσδιορισμό της ασφάλειας και του σχεδιασμού της λειτουργικότητας του καθώς και τον προσδιορισμό της κατάστασης ισορροπίας του πρανούς. Η επιλογή της μεθόδου ανάλυσης εξαρτάται τόσο από τις συνθήκες που επικρατούν όσο και από τον μηχανισμό ολίσθησης. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την ανάλυση της ευστάθειας του πρανούς, είτε βραχώδους, είτε βραχώδους εδαφικού, από τεχνικές οριακής ισορροπίας μέχρι την χρήση των πεπερασμένων στοιχείων. Οι αναλύσεις ευστάθειας πρανών γίνονται στη σημερινή εποχή μέσα από την χρήση εξειδικευμένων προγραμμάτων στον προσωπικό μας υπολογιστή. Μέσα από την κατανόηση του μηχανισμού ολίσθησης και την ανάλυση αυτού, μειώνεται αισθητά ο κίνδυνος επανάληψης μιας πιθανής μελλοντικής αστοχίας στο πρανές, λαμβάνονται έπειτα τα απαραίτητα μέτρα αντιμετώπισης. 3.2 Μέθοδοι ανάλυσης Υπάρχουν πολλές και διαφορετικές μέθοδοι ανάλυσης ευστάθειας ενός πρανούς, Οι μέθοδοι αυτές περιλαμβάνουν τις απλές μεθόδους ανάλυσης και τις αριθμητικές μεθόδους ανάλυσης. Οι απλές μέθοδοι ανάλυσης προσδιορίζουν την ισορροπία ενός γεωυλικού που κινείται υπό την επίδραση της βαρύτητας στην ελεύθερη επιφάνεια του πρανούς. Ουσιαστικά γίνεται μια σύγκριση μεταξύ των δυνάμεων που συγκρατούν την μάζα του υλικού και των δυνάμεων που τείνουν να προκαλέσουν την ολίσθηση. Στις μεθόδους αυτές γίνεται η παραδοχή ότι οι διατμητικές αντοχές των υλικών κατά μήκος της πιθανής επιφάνειας ολίσθησης διέπονται από το κριτήριο Mohr-Coulomb. Το ελεύθερο σώμα του γεωυλικού ορίζεται από την κάτω πλευρά από μια υποτιθέμενη ή γνωστή επιφάνεια ολίσθησης και από την πάνω πλευρά από την επιφάνεια του πρανούς. Σκοπός είναι ο υπολογισμός του συντελεστή ασφαλείας ο οποίος ορίζεται ως ο λόγος δυνάμεων που συγκρατούν το υλικό προς τις δυνάμεις που τείνουν να προκαλέσουν την ολίσθηση, με αποτέλεσμα να προσδιορίζεται η δυσμενέστερη επιφάνεια ολίσθησης. 34

35 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Αν ο συντελεστής ασφαλείας είναι μεγαλύτερος του 1.0, τότε το πρανές χαρακτηρίζεται από ευστάθεια, ενώ αν είναι μικρότερος του 1.0 τότε το πρανές είναι ασταθές. Πίνακας 3.1. Ενδεικτικές τιμές συντελεστών ασφαλείας βραχωδών πρανών F=1.4 Για συνθήκες ομαλής φόρτισης και ομαλής λειτουργίας Για συνθήκες στατικής φόρτισης και πιθανή εκτιμώμενη ακραία F=1.3 περίπτωση ανύψωσης στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα για ζωή έργου 50 χρόνια F=1.0 Για την επίπτωση σεισμικής φόρτισης Οι αριθμητικές διαδικασίες ανάλυσης περιλαμβάνουν: Τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (finite element method) Την three dimensional (3-D) και Τη μέθοδο των πιθανοτήτων (probalistic method). Η μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό των τάσεων και παραμορφώσεων σε κατασκευές που εδράζονται στο έδαφος. Είναι χρήσιμη για την επίλυση των προβλημάτων που προκύπτουν από την απευθείας επίδραση του εδάφους κατασκευής. Μέσα από υπολογισμούς προκύπτει ο συντελεστής ασφαλείας. Η 3-D μέθοδος ορίζει την επιφάνεια ολίσθησης σε τρεις διαστάσεις. Το ζήτημα που προκύπτει από αυτή τη μέθοδο είναι ότι οι περισσότερες επιφάνειες δεν ικανοποιούν τις συνθήκες ισορροπίας σε 3-D και υπάρχει έλλειψη μεθόδων προσδιορισμού της κρίσιμης επιφάνειας ολίσθησης. Η μέθοδος των πιθανοτήτων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετη μέθοδος στις απλές μεθόδους. 35

36 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ 3.3 Μέθοδοι οριακής ισορροπίας Κατά την ανάλυση περιστροφικών ολισθήσεων απαιτείται η παραδοχή καμπύλων επιφανειών ολίσθησης περίπου όμοιου σχήματος. Οι προσπάθειες προς αυτή την κατεύθυνση ξεκίνησαν από τον Hultin (1916) κατά την μελέτη του για την θραύση κρηπιδότοιχου στο λιμάνι του Gotenburg. Έπειτα, από πολλά ερεθίσματα με καταστροφικές κατολισθήσεις που έδειχναν να έχουν περίπου κυκλικές επιφάνειες διαμορφώθηκαν στις επόμενες δεκαετίες διαδοχικές δημοσιεύσεις, όπως η μέθοδος του κύκλου τριβής και η πρώτη μέθοδος με την τεχνική του χωρισμού σε φέτες (Fellenius, 1927, 1936). Οι μέθοδοι χωρισμού σε φέτες υπερέχουν της μεθόδου του κύκλου τριβής, γιατί επιτρέπουν να μελετηθεί σχετικά εύκολα η ευστάθεια ανομοιογενών πρανών αποτελούμενων από πολλές εδαφικές στρώσεις, αλλά και γιατί με κατάλληλη προσαρμογή της υπολογιστικής διαδικασίας παρέχουν τη δυνατότητα να εξετασθούν πιο σύνθετες επιφάνειες ολίσθησης. Έχουν αναπτυχθεί πολλές τεχνικές για την ανάλυση της μεθόδου του διαχωρισμού σε φέτες. Οι διαφορές μεταξύ αυτών των μεθόδων, βασίζονται στις εξισώσεις που περιγράφουν την κάθε μία και τι ικανοποιείται μέσα από αυτές καθώς και τις δυνάμεις που περιλαμβάνονται σε κάθε φέτα (slice), όπως επίσης και τη σχέση μεταξύ των κανονικών και διατμητικών δυνάμεων. Στο παρακάτω σχήματα απεικονίζεται μια τυπική φέτα μιας ολισθαίνουσας μάζας και οι πιθανές δυνάμεις που επιδρούν πάνω σε αυτή. Οι κανονικές και διατμητικές δυνάμεις δρουν στη βάση της φέτας και στις πλευρικές επιφάνειες αυτής. Σχήμα 3.1 Τυπική μορφή φέτας με την κατανομή των δυνάμεων σε αυτή στη μέθοδο των φετών. (Krahn. 2004) 36

37 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Η μέθοδος Fellenius ήταν η πρώτη μέθοδος που αναπτύχθηκε. Σε αυτή τη μέθοδο οι πλευρικές δυνάμεις θεωρούνται μηδενικές και αγνοούνται στην πολύ απλουστευμένη υπολογιστική διαδικασία. Αργότερα ο Bishop (1955) επινόησε ένα σχέδιο όπου περιλαμβάνονται οι κανονικές δυνάμεις αλλά αγνοούνται οι διατμητικές. Με αυτή τη μέθοδο περιλαμβάνοντας τις κανονικές δυνάμεις η εξίσωση του συντελεστή ασφαλείας γίνεται μη γραμμική και έτσι απαιτούνταν μια επαναληπτική διαδικασία για να υπολογιστεί ο συντελεστής ασφαλείας. Η μέθοδος Janbu είναι ίδια με αυτή του Bishop στο γεγονός ότι περιλαμβάνει τις κανονικές δυνάμεις αγνοώντας τις διατμητικές. Η διαφορά μεταξύ αυτών των μεθόδων είναι ότι η μέθοδος Janbu ικανοποιεί μόνο την ισορροπία των οριζόντιων δυνάμεων. Αργότερα, η χρήση των υπολογιστών έδωσε τη δυνατότητα να γίνεται με μεγαλύτερη ευχέρεια ο υπολογισμός των δυνάμεων ισορροπίας και αυτό οδήγησε να επινοηθούν πιο «αυστηρές» μέθοδοι, που να ικανοποιούν όλες τις εξισώσεις της στατικής περιλαμβάνοντας όλες τις δυνάμεις. Δύο από αυτές τις μεθόδους είναι των Morgenstern-Price και η μέθοδος Spencer. Στη συνέχεια γίνεται μια αναλυτική περιγραφή των παραπάνω μεθόδων. 37

38 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Μέθοδος Fellenius Είναι η πιο γνωστή και η περισσότερο χρησιμοποιούμενη μέθοδος για την προσέγγιση του προβλήματος, με την παραδοχή ότι έχουμε κυλινδρική επιφάνεια ολίσθησης και χωρισμό σε λωρίδες. Αυτή η μέθοδος είναι επίσης γνωστή και ως Σουηδική Μέθοδος Κύκλου ή Μέθοδος του United States Bureau of Reclamation Για την αποφυγή του προσδιορισμού των εσωτερικών δυνάμεων X και Ε, γίνεται η απλοποιητική παραδοχή ότι οι ορθές και οι κατακόρυφες διατμητικές δυνάμεις που δρουν στις πλευρές της λωρίδας δεν επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό την ολική ευστάθεια της εδαφικής μάζας και γι' αυτό το λόγο μπορούν να παραληφθούν από τους υπολογισμούς. Μία περιστροφική ολίσθηση μπορεί πολύ εύκολα να αναλυθεί με βάση την ισορροπία των ροπών. Ως συντελεστής ασφάλειας ορίζεται ο λόγος της ροπής ως προς το κέντρο του κυκλικού τόξου των δυνάμεων που αντιστέκονται στην ολίσθηση Μr, προς την ροπή ολίσθησης Md: F = Mr / Md (1) Στη βάση κάθε φέτας σύμφωνα με τη σχέση Coulomb, η αναπτυσσόμενη διατμητική αντοχή Τ, είναι ίση με το άθροισμα της τριβής και της συνοχής και δίνεται από τη σχέση: T = c' l + (W cosα - u 1) tanφ' (2), όπου l = το μήκος της βάσης της φέτας W cosα = η ολική ορθή δύναμη N, συνιστώσα του βάρους W u = η μέση πίεση του νερού των πόρων στη βάση της φέτας H αντίστοιχη στη βάση της φέτας δύναμη ολίσθησης S είναι ίση με W sinα. Επανερχόμενοι στη σχέση (1) και λαμβάνοντας υπόψη ότι οι T και S έχουν διεύθυνση εφαπτόμενη του τόξου και οι δύο ροπές έχουν κοινό βραχίονα ως προς το κέντρο, την ακτίνα r, η σχέση (1) οδηγείται στην παρακάτω αναλυτική: 38

39 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Όπου: c, φ η μέση συνοχή και γωνία τριβής κατά μήκος της επιφάνειας ολίσθησης Wi το βάρος της i λωρίδας ui η πίεση πόρων στη βάση της i λωρίδας αi, li η κλίση ως προς την οριζόντια και το μήκος της βάσης της i λωρίδας Δύο παρατηρήσεις που αξίζει να αναφερθούν είναι οι εξής: H μέθοδος αγνοεί τις συνθήκες ισορροπίας των δυνάμεων στο γενικό σύστημα H μέθοδος δεν έχει τεχνική άμεσου και εξαρχής προσδιορισμού του δυσμενέστερου κύκλου. Έτσι ο υπολογιζόμενος με την παραπάνω σχέση συντελεστής ασφάλειας δεν είναι τελικός, καθώς ο κύκλος είναι τυχαίος. To θέμα αντιμετωπίζεται με τη συστηματική δοκιμή ικανού αριθμού κύκλων και την επισήμανση του δυσμενέστερου και κρίσιμου. Το πιο ενδιαφέρον να τονιστεί σε αυτή τη μέθοδο είναι οι δυνάμεις στις φέτες και στα δυναμοπολύγωνα. Στο παρακάτω σχήμα απεικονίζονται οι δυνάμεις στις φέτες και το αντίστοιχο δυναμοπολύγωνο. Πρώτα από όλα σημειώνεται ότι δεν υπάρχουν διατμητικές και κανονικές δυνάμεις. Δεύτερο η έλλειψη για να κλείσει το πολύγωνο των δυνάμεων υποδεικνύει ότι οι φέτες δεν πληρούν τις συνθήκες ισορροπίας. Με την απουσία των κανονικών δυνάμεων δεν υπάρχει κάτι για να ισοσταθμίσει τις πλευρικές συνιστώσες της διατμητικής και κανονικής τάσης της βάσης. Λόγω του ότι η μέθοδος αυτή αγνοεί τις συνθήκες ισορροπίας στο γενικό σύστημα, δίνει μη ρεαλιστικά αποτελέσματα του συντελεστή ασφαλείας. Σε σύγκριση με πιο «αυστηρές» μεθόδους είναι ιδιαίτερα συντηρητική και υποεκτιμά τον συντελεστή ασφαλείας 10-60%. 39

40 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Σχήμα 3.2 Η κατανομή των δυνάμεων και το αντίστοιχο δυναμοπολύγωνο στη μέθοδο Fellenius. (Krahn, 2004) Μέθοδος Bishop To 1950 ο καθηγητής Bishop επινόησε μια μέθοδο η οποία περιλάμβανε κανονικές τάσεις αλλά αγνοούσε τις διατμητικές. Ο Bishop ανέπτυξε μια εξίσωση για τις κανονικές τάσεις στη βάση της φέτας αθροίζοντας τις δυνάμεις της στην κάθετη διεύθυνση. Το αποτέλεσμα όμως είναι ότι η ισότητα για τον υπολογισμό του συντελεστή ασφαλείας FS είναι μη γραμμική και έτσι μία επαναληπτική διαδικασία είναι απαραίτητη, και απαιτεί μεγαλύτερο χρόνο (αν και 2-3 επαναλήψεις είναι αρκετές συνήθως για να επιτευχθεί η σύγκλιση). Η εξίσωση Bishop με απουσία της πίεσης των πόρων είναι: Αν εξετασθεί τώρα το δυναμοπολύγωνο για την ίδια φέτα όπως και στη μέθοδο Fellenius παραπάνω, παρατηρείται διαφορά. Το πολύγωνο κλείνει καλύτερα με την παρουσία των κανονικών δυνάμεων, η απουσία όμως των διατμητικών τάσεων υπάρχει. Θα πρέπει να επισημανθεί ότι και στη μέθοδο Bishop γίνεται δεκτή κυκλική επιφάνεια ολίσθησης και ότι όπως και στη μέθοδο Fellenius είναι απαραίτητο να αναζητηθεί και να προσδιοριστεί ο δυσμενέστερος κύκλος ολίσθησης με το μικρότερο συντελεστή ασφαλείας μετά από μία σειρά επαναλαμβανόμενων υπολογισμών. 40

41 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Εν κατακλείδι, η μέθοδος Bishop περιλαμβάνει τις κανονικές τάσεις, αγνοεί όμως τις διατμητικές και δεν ικανοποιεί όμως πλήρως την ισορροπία των οριζόντιων δυνάμεων. Η σύγκριση με τις πιο «αυστηρές» μεθόδους (Spencer kai Morgenstern-Price) είναι καλή. Σχήμα 3.3 Η κατανομή των δυνάμεων και το αντίστοιχο δυναμοπολύγωνο στη μέθοδο Bishop. (Krahn, 2004) Μέθοδος Janbu Η μέθοδος αυτή αναπτύχθηκε πολύ αργότερα το 1973, μετά από διαπίστωση του καθηγητή Ν. Janbu ότι οι μέθοδοι για κυκλικές επιφάνειες αστοχίας δεν επαρκούν για την περίπτωση κατολισθήσεων με σχετικά μεγάλο μήκος. Η μέθοδος αυτή είναι ίδια με του Bishop με εξαίρεση ότι του Janbu ικανοποιεί την ισότητα των οριζόντιων δυνάμεων. Είναι μια ανάλογη υπολογιστική επαναληπτική διαδικασία. Στο παρακάτω σχήματα φαίνεται το δυναμοπολύγωνο αυτής της μεθόδου. Όπως παρατηρείται κλείνει καλύτερα από ότι της μεθόδου Bishop. Η μέθοδος Janbu δίνει συντελεστή ασφαλείας FS πολύ χαμηλότερο (1.16) ενώ του Bishop 1.36, αν και η ισορροπία σε αυτή τη μέθοδο είναι καλύτερη. Πολλοί γεωτεχνικοί για να αποφύγουν την υπερτίμηση του συντελεστή ασφαλείας, υποθέτουν ότι οι εσωτερικές δυνάμεις τις φέτας είναι οριζόντιες. 41

42 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Η υπόθεση αυτή, όπου κατά την υφιστάμενη κατάσταση ικανοποιείται η ισορροπία των οριζόντιων δυνάμεων που ασκούνται στο πρίσμα αστοχίας και ότι οι πλευρικές δυνάμεις είναι ίσες, μπορεί να υποεκτιμήσει τον συντελεστή ασφαλείας. Αυτή όμως η διόρθωση με τη μέθοδο Janbu, χρειάζεται προσοχή, καθώς δεν έχει αποσαφηνιστεί επαρκώς. Συνοπτικά, η μέθοδος Janbu λαμβάνει υπόψη τις κανονικές τάσεις, αλλά αγνοεί τις διατμηματικές και ικανοποιεί την ισορροπία των οριζόντιων δυνάμεων θεωρώντας ως ίσες. Σχήμα 3.4. Η κατανομή των δυνάμεων και το αντίστοιχο δυναμοπολύγωνο στη μέθοδο Janbu (Krahn, 2004). 42

43 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Μέθοδος Spencer Ο Spencer (1967) ανέπτυξε δύο ισότητες για τον υπολογισμό του συντελεστή ασφαλείας η μία ικανοποιώντας την ισορροπία των δυνάμεων σε δυναμικές συνθήκες και η άλλη ισορροπία των οριζόντιων δυνάμεων. Στη μέθοδο αυτή γίνεται η παραδοχή ότι οι πλευρικές δυνάμεις είναι παράλληλες, δηλαδή όλες οι πλευρικές δυνάμεις κλείνουν με την ίδια γωνία, λαμβάνοντας υπόψη διατμητικές και κανονικές δυνάμεις. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η σχέση μεταξύ των κανονικών και διατμητικών τάσεων. Σχήμα 3.5. Η κατανομή των δυνάμεων και το αντίστοιχο δυναμοπολύγωνο στη μέθοδο Spencer. (Krahn, 2004) Παρόλου που ο Spencer εισήγαγε τη μέθοδο για τις κυκλικές επιφάνειες ολίσθησης το 1969 ο Wright έδειξε ότι η μέθοδος μπορεί να επεκταθεί και σε μη κυκλικές επιφάνειες ολίσθησης. Η μέθοδος Spencer θεωρείται ως μία από τις «αυστηρές» μεθόδους, που θα πρέπει να χρησιμοποιείται όπου μια ολοκληρωμένη στατική λύση είναι απαραίτητη να δοθεί. Επίσης, θα πρέπει να χρησιμοποιείται ως μέθοδος επιβεβαίωσης σε τελικούς σχεδιασμούς, όπου έχει προηγηθεί η ανάλυση ευστάθειας με απλές μεθόδους. Έτσι τελικά, η μέθοδος Spencer λαμβάνει υπόψη τις διατμητικές και κανονικές τάσεις, ικανοποιώντας τόσο σε συνθήκες στατικές όσο και δυναμικές. 43

44 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Μέθοδος Morgenstern and Price Η μέθοδος των Morgenstern και Price (1965) βασίζεται στην υπόθεση ότι οι διατμητικές δυνάμεις (Τ) μεταξύ των λωρίδων σχετίζονται με τις αντίστοιχες ορθές (Ε) σύμφωνα με τη σχέση: όπου, Τ και Ε είναι οι κάθετες και οι οριζόντιες δυνάμεις μεταξύ των λωρίδων, f(x) μία υποτιθέμενη συνάρτηση μεταξύ των δυνάμεων που δρουν στη διεπιφάνεια των λωρίδων και λ μία παράμετρος κλίμακας της παραπάνω υποτιθέμενης συνάρτησης. Σημειώνεται ότι, η συνάρτηση f(x) δεν είναι σταθερή κατά μήκος της επιφάνειας ολίσθησης και ότι σύμφωνα με τους Morgenstern and Price (1965) ο συντελεστής ασφαλείας δεν είναι ευαίσθητος σε αυτήν. Σχήμα 3.6. Η κατανομή των δυνάμεων και το αντίστοιχο δυναμοπολύγωνο στη μέθοδο Morgenstern Price. (Krahn, 2004) 44

45 ΚΕΦ. 3 ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ 3.4 Επιλογή της κατάλληλης μεθόδου Η μέθοδος της οριακής ισορροπίας για την ανάλυση της ευστάθειας πρανών, παραμένει ένα εύχρηστο εργαλείο στα χέρια των γεωτεχνικών. Η πλήρης κατανόηση τω παραμέτρων κάθε μεθόδου και των παραδοχών τους, οδηγεί σε σωστή λήψη συμπερασμάτων. Κάποιες απ τις παραπάνω μεθόδους που αναλύθηκαν θεωρούνται «αυστηρές» όπως η Spencer και η Morgenstern Price, και δίνουν αξιόλογα αποτελέσματα στον τελικό σχεδιασμό. Κάποιες άλλες μέθοδοι όπως η Bishop και η Fellenius λόγω της απλότητας τους στους υπολογισμούς, μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς τη χρήση υπολογιστή, όμως πρέπει να συνυπολογιστεί ο περιορισμός στις δυνάμεις που λαμβάνει η κάθε μία υπόψη. Πρακτικά, τα κριτήρια που θα πρέπει να απαντώνται για την τελική επιλογή της μεθόδου είναι η μέθοδος να ικανοποιεί τις εξισώσεις της στατικές και να λαμβάνει υπόψη τις κανονικές και τις διατμητικές τάσεις της ολισθαίνουσας μάζας. Παρακάτω απεικονίζεται ένας συγκεντρωτικός πίνακας των μεθόδων που αναλύθηκαν. Πίνακας 3.2 Συγκριτικές ιδιότητες των μεθόδων οριακής ισορροπίας (Δημητράκη, 2014) Ιδιότητες Fellenius Bishop Spencer Ακρίβεια Κυκλική επιφάνεια ολίσθησης Μη κυκλική επιφάνεια ολίσθησης Κατάλληλη για υπολογισμούς στο χέρι Morgenstern & Price 45

46 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 o ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση όλων εκείνων των τεχνικογεωλογικών παραμέτρων οι οποίες είναι σημαντικές στην μελέτη και στην παρακολούθηση των κατολισθήσεων. Πιο συγκεκριμένα, γίνεται λόγος για το σύστημα ταξινόμησης GSI, για τις μεθόδους έρευνας των κατολισθήσεων στις οποίες περιλαμβάνεται και ο σαρωτής laser Lidar και τις εργαστηριακές δοκιμές βραχομηχανικής. 4.1 Ταξινόμηση βραχόμαζας με βάση το GSI Γενικά Ο δείκτης GSI βασίζεται στην αξιολόγηση της δομής της βραχόμαζας και της κατάστασης της επιφάνειας των ασυνεχειών. Ο δείκτης GSI, συνδυάζοντας τις δύο θεμελιώδεις παραμέτρους της γεωλογικής διαδικασίας, δηλαδή την τεμαχώδη δομή της μάζας και τις συνθήκες των ασυνεχειών, τηρεί τους βασικούς γεωλογικούς περιορισμούς που διέπουν ένα σχηματισμό και αποτελεί, κατά συνέπεια, ένα γεωλογικά συνεπή δείκτη που είναι εύκολος στην εφαρμογή του (Μαρίνος, 2007). Έτσι λοιπόν, το σύστημα ταξινόμησης GSI βασίζεται στα δύο παρακάτω χαρακτηριστικά: Στη δομή της βραχόμαζας, η οποία χαρακτηρίζει το βαθμό αλληλεμπλοκής των βραχωδών τεμαχών. Στην κατάσταση των επιφανειών των ασυνεχειών, η οποία χαρακτηρίζει το μέγεθος της διατμητικής αντοχής τους. Η βασική ιδέα της ταξινόμησης του GSI είναι μια προσεκτική γεωλογική περιγραφή της βραχόμαζας, η οποία είναι ουσιαστικά ποιοτική διότι κατέστη σαφές ότι οι αριθμοί που σχετίζονταν με τα συστήματα RMR και Q ήταν κατά ένα μεγάλο ποσοστό χωρίς νόημα για τις ασθενείς και ετερογενείς βραχόμαζες. Το σύστημα GSI εστιάζει στην εκτίμηση των ιδιοτήτων της βραχόμαζας. 46

47 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Ο δείκτης GSI έχει σημαντικές δυνατότητες χρήσης στη μηχανική πετρωμάτων διότι επιτρέπει την ποσοτικοποίηση πολυάριθμων χαρακτηριστικών των πετρωμάτων, ενισχύοντας έτσι τη γεωλογική λογική και μειώνοντας παράλληλα τη μηχανική αβεβαιότητα. Η χρήση του επιτρέπει να αξιολογηθεί η επίδραση των μεταβλητών που συνιστούν μια βραχόμαζα και να εξηγηθεί σαφέστερα η συμπεριφορά της. Βασικό πλεονέκτημα του δείκτη είναι ότι διέπεται από μια γεωλογική λογική η οποία επιτρέπει να τροποποιηθεί η αξιολόγηση της, προκειμένου να καλυφθεί όχι μόνο ένα μεγάλο εύρος βραχωδών μαζών και συνθηκών αλλά και οι μεταβολές που ίσως εκδηλωθούν μέσα στον ίδιο τύπο πετρώματος. Δίνεται επίσης η δυνατότητα να κατανοηθούν τα όρια της εφαρμογής της. Εικόνα 4.1 Το βασικό διάγραμμα του δείκτη γεωλογικής αντοχής GSI (Μαρίνος, 2007) 47

48 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ 4.2 Δείκτης κερµατισµού της βραχόµαζας (RQD) Ο δείκτης κερµατισµού της βραχόµαζας (Rock Quality Designation - RQD) αποτελεί ποσοτική εκτίμηση του κερµατισµού της βραχόµαζας µε βάση τους πυρήνες γεωτρήσεων. Ο δείκτης RQD ορίζεται ως το ποσοστό (επί τοις εκατό) των τεµαχών μήκους άνω των 100mm σε κάποιο µμήκος της γεώτρησης, δηλαδή: Ο δείκτης RQD αποτελεί έναν από τους συνηθέστερα χρησιµοποιούµενους δείκτες περιγραφής της βραχόµαζας αν και παρουσιάζει τα εξής µειονεκτήµατα, σύμφωνα με (Μαρίνος, 2007): 1. Είναι πολύ ευαίσθητος σε μικρές µμεταβολές του µμήκους των πυρήνων. Για παράδειγμα ένας πυρήνας μήκους 101mm αυξάνει τον δείκτη RQD κατά 10% ενώ ένας πυρήνας μήκους 99mm δεν προκαλεί καµία αύξηση του δείκτη RQD. 2. Είναι πολύ ευαίσθητος στον τρόπο της δειγματοληψίας (είδος και διάμετρος του δειγματολήπτη) αλλά και σε "λεπτομέρειες" της γεώτρησης, όπως η ταχύτητα περιστροφής, η πίεση στην κοπτική κεφαλή, το είδος της κοπτικής κεφαλής κλπ. Όλοι οι παραπάνω παράγοντες επηρεάζουν το βαθμό της πυρηνοληψίας και μπορούν να προκαλέσουν δευτερογενή κερµατισµό του επιτόπου πετρώματος. 3. Εξαρτάται από το σχετικό προσανατολισμό της γεώτρησης ως προς τις ασυνέχειες της βραχόµαζας. Για παράδειγμα, ο δείκτης RQD µιας γεώτρησης µε άξονα παράλληλο προς τις ασυνέχειες δίνει πολύ υψηλότερο δείκτη RQD απ' ότι µια γεώτρηση κάθετα στις ασυνέχειες. Σχήμα 4.1. Σχηματική απεικόνιση του RQD (B. Μαρίνος, 2013) 48

49 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ 4.3 Μέθοδοι έρευνας κατολισθήσεων Γενικά Το φαινόμενο των κατολισθήσεων είναι αρκετά πολύπλοκο και για να γίνει κατανοητό πρέπει να αξιοποιηθεί η γεωλογική γνώση και πληροφορία. Η ανάλυση του φαινομένου των κατολισθήσεων, διαμορφώνεται υιοθετώντας κάποιες παραδοχές όπου συνοψίζονται παρακάτω: Οι κατολισθήσεις αφήνουν διακριτά σημάδια στην επιφάνεια της γης, τα περισσότερα από τα οποία μπορούν να αναγνωριστούν, να ταξινομηθούν και να χαρτογραφηθούν από εργασίες υπαίθρου ή από τη στερεοσκοπική ανάλυση αεροφωτογραφιών (Rib and Liang, 1978 Varnes, 1978 Hansen, 1984 Hutchinson, 1988 Turner and Schuster, 1996). Τα περισσότερα από τα σημάδια αφορούν αλλαγές στη μορφολογία και την εδαφική επιφάνεια. Επιπλέον οι γεωλογικές αστοχίες μπορούν να αντικατοπτρίζουν λιθολογικές, γεωλογικές, επιφανειακές ή υπεδαφικές αλλαγές. Η τελική μορφολογική κατάσταση μιας γεωλογικής αστοχίας, δηλαδή το πως αποτυπώνεται στην επιφάνεια της γης, εξαρτάται από τον τύπο και το ρυθμό της κίνησης της γεωλογικής αστοχίας (Pašek, 1975 Varnes, 1978 Hansen, 1984 Hutchinson, 1988 Cruden and Varnes, 1996 Dikau et al., 1996). Σε γενικές γραμμές, παρόμοιοι γεωλογικοί τύποι αστοχιών προκαλούν παρόμοιες τελικές μορφολογικές καταστάσεις. Από την παρουσία των γεωλογικών αστοχιών, ένας ειδικός μπορεί να εξάγει ποιοτικές και ποσοτικές πληροφορίες σχετικές με το βαθμό της δραστηριότητας, την ηλικία και την έκταση της γεωλογικής αστοχίας. Οι γεωλογικές αστοχίες δεν συμβαίνουν τυχαία. Είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης των φυσικών διεργασιών και υπόκεινται σε μηχανικούς και φυσικούς νόμους που μπορούν να καθοριστούν εμπειρικά, στατιστικά ή ντετερμινιστικά (Hutchinson, 1988 Crozier, 1986 Dietrich et al., 1995). Η γνώση που παράγεται κατά την εξέταση των γεωλογικών αστοχιών μπορεί να γενικευτεί. 49

50 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Το φαινόμενο των κατολισθήσεων διαθέτει τα χαρακτηριστικά των προβλημάτων που βασίζονται στις πολλαπλές παρατηρήσεις και στις υποθέσεις αναφορικά με πιθανές συσχετίσεις. Η επίλυση των προβλημάτων αυτών στηρίζεται στην αναγνώριση και τη διαμόρφωση προτύπων και μοτίβων, στην επανάληψη της λύσης που προτείνεται με αξιολόγηση του αποτελέσματος με νέα δεδομένα και συνεχή βελτιστοποίησή της, στην υιοθέτηση λύσεων που λειτουργούν αποτελεσματικά, στην τροποποίησή τους και προσαρμογή στο πρόβλημα που μελετάται κ.α. Δημιουργούνται μοντέλα πρόβλεψης και προσομοίωσης, όπου επιχειρείται η επαλήθευση της θεωρίας που εξηγεί το φαινόμενο,μέσα από μια διαδικασία εκπαίδευσης μάθησης έχοντας ως τελικό στόχο την απόκτηση νέας γνώσης. 4.4 Βήματα μεθόδων έρευνας κατολισθήσεων Πιο συγκεκριμένα, σε ότι αφορά τις μεθόδους έρευνας κατολισθήσεων, χρειάζεται να γίνει μια εκτεταμένη γεωλογική και τεχνικογεωλογική έρευνα για τη μελέτη μιας κατολίσθησης. Πρέπει να μελετηθεί η γεωλογική δομή της περιοχής (στρωματογραφική διάρθωση, τεκτονική εξέλιξη), οι μορφολογικές συνθήκες, τα πετρογραφικά και φυσικά χαρακτηριστικά των βραχωδών σχηματισμών (βαθμός κερματισμού, αποσάθρωση) καθώς και οι τοπικά επικρατούσες υδρογεωλογικές συνθήκες. Συγκεκριμένα σύμφωνα με τους Zaruba και Menci (1976) απαιτείται να γίνουν τα ακόλουθα: Αρχική έρευνα προκειμένου να οριοθετηθεί η περιοχή μελέτης και στη συνέχεια να ορισθούν οι θέσεις των γεωτρήσεων, των φρεάτων και ο κάνναβος των γεωφυσικών, εφόσον απαιτηθεί. Λεπτομερής τοπογραφική αποτύπωση της περιοχής, λεπτομερής γεωλογική χαρτογράφηση. Επίσης, ταυτόχρονα στο εργαστήριο γίνονται οι απαραίτητες δοκιμές εδαφομηχανικής και βραχομηχανικής. Το στάδιο αυτό ολοκληρώνεται με την πλήρη γεωτεχνική μελέτη καθώς και με τα προτεινόμενα μέτρα αποκατάστασης της αστοχίας. Το τρίτο στάδιο αφορά τον γεωλογικό έλεγχο των προτεινόμενων διορθωτικών εργασιών υπαίθρου. Το τελευταίο στάδιο αναφέρεται στην παρακολούθηση με μετρήσεις οργάνων της αποτελεσματικότητας των μέτρων αποκατάστασης. 50

51 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Υπαίθρια μελέτη Σε ότι αφορά την τεκτονική γεωλογία είναι πολύ σημαντικό οι μετρήσεις των τεκτονικών στοιχείων (ρήγματα, πτυχές ρηξιγενείς δομές, διακλάσεις), κλίσεις σχηματισμών, γεωλογικών ορίων κ.α. Η μέτρηση των παραπάνω στοιχείων είναι πολύ σημαντική διότι βγαίνουν χρήσιμα συμπεράσματα για την γεωμετρία των ρηξιγενών δομών και των γεωλογικών σχηματισμών και έτσι γίνεται αντιληπτό κατά πόσο η γεωμετρία αυτή επηρεάζει ή όχι την αστοχία. Επόμενο βήμα είναι η ποιοτική περιγραφή της βραχόμαζας. Ένας γρήγορος τρόπος που χρησιμοποιείται στην ύπαιθρο είναι η χρήση του πίνακα του δείκτη γεωλογική αντοχής (GSI). Σύμφωνα με αυτό τον δείκτη αξιολογείται η δομή της βραχόμαζας σε συνδυασμό με την ποιότητα των ασυνεχειών. Εκτός από την ταξινόμηση της βραχόμαζας με τον δείκτη γεωλογική αντοχής, υπάρχει και η ταξινόμηση της βραχόμαζας με το RMR. Στη συνέχεια γίνεται συλλογή δειγμάτων προκειμένου να μεταφερθούν και να «δοκιμαστούν» στο εργαστήριο. Εικόνα 4.2 Τεκτονικά στοιχεία ( ασυνέχειες, ρήγματα) (Marc-Andre Brideau, Scott McDougall, Doug Stead, Steve G. Evans, Re jean Couture, Kevin Turner, 2012) 51

52 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση Είναι πολύ σημαντικό να δημιουργηθεί ένας τεχνικογεωλογικός χάρτης της περιοχής μελέτης όπου θα αποτυπώνονται και θα σημειώνονται όλα εκείνα τα στοιχεία που δηλώνουν την έκταση της κατολισθαίνουσας μάζας, καθώς και συγκεκριμένα στοιχεία στην επιφάνεια του εδάφους (ισοϋψείς με χαρακτηριστικές μορφές, βυθίσματα, ζώνες διάτμησης, εμφάνιση πηγών κ.α). Πιο συγκεκριμένα στο τεχνικογεωλογικό χάρτη απεικονίζονται οι γεωλογικοί σχηματισμοί τόσο στη ζώνη που οριοθετεί η επιφάνεια θραύσης και η περιοχή του πόδα της κατολίσθησης, όσο και έξω από αυτήν μέχρι την απόσταση εκείνη που πλέον δεν επηρεάζεται από την αστοχία. Επίσης μέσα στην ίδια ζώνη αποτυπώνονται οι κλίσεις των στρωμάτων, οι κύριες τεκτονικές γραμμές, τα ερευνητικά έργα (γεωτρήσεις, φρέατα), οι ρωγματώσεις και ο βαθμός αποσάθρωσης και κερματισμού κάθε σχηματισμού. Βεβαίως για να γίνει η σωστή αποτύπωση όλων αυτών στον χάρτη θα πρέπει να έχει μια προηγηθεί μια τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση και γενικώς μια σωστή και ολοκληρωμένη δουλειά στην ύπαιθρο από το γεωλόγο - μελετητή. Εικόνα 4.3 Τεχνικογεωλογικός χάρτης (Heike Willenberg, Simon Loew, Erik Eberhardt,, Keith F. Evans, Thomas Spillmann, Björn Heincke, Hansruedi Maurer, Alan G. Green, 2008) 52

53 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Χρήση αεροφωτογραφιών Επίσης η χρήση αεροφωτογραφιών έχει άμεση εφαρμογή στην έρευνα μιας κατολισθαίνουσας περιοχής, καθώς αποτυπώνει τρισδιάστατα την περιοχή. Επιπλέον δίνει τη δυνατότητα να ορισθούν ακριβώς τα όρια της κατολίσθησης (φρύδι, πρανές μπροστά από το φρύδι, πόδι κατολίσθησης κλπ). Σημαντική επίσης είναι η συμβολή των αεροφωτογραφιών κλίμακας 1:8000 έως 1:15000 (σύγκριση αεροφωτογραφιών διαφόρων χρονικών περιόδων), στον έλεγχο των αλλαγών χρήσης γης που επιφέρει μια αστοχία, στη διαχρονική εξέλιξη μιας κατολίσθησης όσο και στις περιόδους επαναδραστηριοποίηση της, αλλά και στις διάφορες παρεμβάσεις αποκατάστασης που έχουν γίνει. Περιοχή κατολίσθησης Εικόνα 4.4 Χρήση αεροφωτογραφίας στην περιοχή μελέτης (Δημαράς, 2006) Εκτός από τη χρήση αεροφωτογραφιών μια άλλη πιο σύγχρονη μέθοδος είναι ο σαρωτής laser Lidar. Και σε αυτή την περίπτωση αποτυπώνεται τρισδιάστατα η περιοχή της κατολίσθησης. Χρειάζεται να «σκαναριστεί» η περιοχή σε δύο διαφορετικά χρονικά διαστήματα και με αυτόν τον τρόπο μπορεί να εκτιμηθεί και να μετρηθεί η ενεργότητα της κατολισθήσης, η ταχύτητα της και ο όγκος αυτής. 53

54 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Στο επόμενο υποκεφάλαιο, κρίθηκε σκόπιμο να γίνει μια πιο αναλυτική παρουσίαση του σαρωτή laser Lidar καθώς χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα διπλωματική εργασία και περιλαμβάνει τον τρόπο λειτουργίας του, την χρησιμότητα του και το πώς βοηθάει στην μελέτη και έρευνα των κατολισθήσεων Σαρωτής laser LIDAR (Light detection and ranging) Γενικά Η χρήση νέων τεχνολογιών όπως το Lidar έχουν αυξηθεί με μεγάλη ταχύτητα τα τελευταία χρόνια στον τομέα των γεωλογικών κινδύνων αξιολόγησης. Το Lidar (Light Detection And Ranging) χρησιμοποιείται συνήθως με τον όρο «σαρωτής λέιζερ». Η σάρωση μεγάλων δομών και επιφανειών με ραντάρ Lidar θεωρείται σήμερα απαραίτητο εργαλείο για την ακριβή απόκτηση δεδομένων που διευκολύνει την τοπογραφική ανάλυση. Στην ουσία ο σαρωτής λέιζερ παρέχει υψηλής ανάλυσης «νέφη» σημείων της τοπογραφίας και έχει αρκετές εφαρμογές που ποικίλουν από την χαρτογράφηση έως την απεικόνιση παραμορφώσεων, κατολισθήσεων ή βραχοπτώσεων. Το Lidar χρησιμοποιείται κυρίως στην διερεύνηση κατολισθήσεων προκειμένου να δημιουργήσει ακριβή και υψηλής ανάλυσης ψηφιακά μοντέλα (DEM). Υπάρχουν δύο μορφές του σαρωτή λέιζερ ανάλογα με το που βρίσκεται η θέση του αισθητήρα. Έτσι λοιπόν έχουμε το αερομεταφερόμενο και το επίγειο Lidar. Το επίγειο Lidar διακρίνεται σε σταθερό και κινητό. Η αερομεταφερόμενη σάρωση έχει ακρίβεια μέτρου έως δεκατόμετρου ενώ η επίγεια σάρωση εκατοστόμετρου έως χιλιοστόμετρου. Στην παρούσα εργασία ο σαρωτής λέιζερ που χρησιμοποιείται είναι σταθερός και επίγειος. Παρακάτω παρουσιάζονται κάποιες αντιπροσωπευτικές εικόνες των Lidar. 54

55 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Εικόνα 4.5. Αερομεταφερόμενη σάρωση ( Εικόνα 4.6. Επίγεια κινητή σάρωση (M. Lato, J. Hutchinson, M. Diederichs, D. Ball, and R. Harrap, 2009) 55

56 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Εικόνα 4.7 Επίγεια σταθερή σάρωση ( 56

57 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Αρχή της λειτουργίας του Lidar Τα επίγεια Lidar χρησιμοποιούν ένα λέιζερ χωρίς πρίσμα με σύλληψη 3D τοπογραφικών δεδομένων, σε υψηλή ταχύτητα και ακρίβεια, με χαμηλό κόστος. Στην ουσία η λειτουργία που χρησιμοποιούν είναι η πλήρης κυματομορφή του σήματος λέιζερ. Η πλήρης κυματομορφή του «επιστρεφόμενου παλμού» περιλαμβάνει μερικές πληροφορίες σχετικά με τις ιδιότητες των αντανακλαστικών αντικειμένων που βρίσκονται μέσα στο πεδίο της δέσμης. Ο σαρωτής λέιζερ μπορεί να παίρνει μετρήσεις μέρα-νύχτα, κάτω από οποιεσδήποτε καιρικές συνθήκες με τον περιορισμό ότι υπάρχει ορατότητα μεταξύ αισθητήρα και στόχου. Εικόνα 4.8. Λειτουργία ενός επίγειου σταθερού σαρωτή λέιζερ. (Michel Jaboyedoff, Thierry Oppikofer, Antonio Abella n Marc-Henri Derron, Alex Loye, Richard Metzger, Andrea Pedrazzini, 2010) Ο επίγειος σαρωτής λέιζερ είναι ικανός να συλλάβει τοπογραφικές πληροφορίες ακόμα και από σχεδόν κάθετες δομές. Τα εξαιρετικά ακριβή τοπογραφικά δεδομένα μπορούν να βοηθήσουν στην αξιολόγηση, στην γεωμορφολογία, γεωλογικές και δομικές ασυνέχειες και μηχανικά χαρακτηριστικά των βραχωδών πρανών αλλά και τις βραχόμαζας γενικότερα. Περιέχει κάποιες πληροφορίες σχετικά με το είδος του υλικού αλλά παραμένει δύσκολο να διακρίνει διαφορετικά υλικά (π.χ λιθολογίες) με βάση την ανακλαστικότητα του λέιζερ λόγω των διαφορετικών διακυμάνσεων της έντασης. 57

58 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Επίσης, χρησιμοποιείται κυρίως για τον χαρακτηρισμό ή την απεικόνιση των κατολισθήσεων και όχι τόσο για την χαρτογράφηση της επικινδυνότητας. Το επίγειο ραντάρ μπορεί να βελτιώσει την εκτίμηση των παραμέτρων μοντελοποίησης και να μειώσει το σφάλμα για την ορθολογική αξιολόγηση της επικινδυνότητας μιας κατολίσθησης. Πιο συγκεκριμένα οι εφαρμογές που μπορούν να αξιολογηθούν δια μέσου του Lidar είναι οι εξής: Ανίχνευση και χαρακτηρισμός των κινήσεων της βραχόμαζας Αξιολόγηση της επικινδυνότητας και επιδεκτικότητας στη χαρτογράφηση Μοντελοποίηση Απεικόνιση Παρακάτω παριστάνεται ένας πίνακας της ταξινόμησης των διαφόρων εφαρμογών των τεχνολογιών Lidar. Πίνακας 3.1. Ταξινόμηση των εφαρμογών των τεχνολογιών του επίγειου σαρωτή Lidar Κατολισθήσεις Βραχοπτώσεις 1) Ανίχνευση και εντοπισμός κινήσεων Χαρτογράφηση γεωμοφολογικών χαρακτηριστικών Απεικόνιση του βραχώδους πρανούς και χαρακτηρισμός Υπολογισμός των ασυνεχειών και 2) Αξιολόγηση επικυνδυνότητας και επιδεκτικότητας στη χαρτογράφηση. Κυρίως, στήριξη για την χαρτογράφηση 3) Μοντελοποίηση Κλασσικά εργαλεία μοντελοποίησης που δεν είναι ακόμα σε θέση να χειριστούν μεγάλο όγκο δεδομένων 3D πληροφορίας. Μοντελοποίηση της κατολίσθησης με βελτιωμένα τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά 4) Απεικόνιση Παρακολούθηση των επιφανειακών μετακινήσεων προσανατολισμός Προσπάθειες για ευαισθησία και χαρτογράφηση κινδύνου (δεν έχει επιτευχθεί ακόμα) Υψηλής ανάλυσης ψηφιακό μοντέλο DEM για την πορεία της μοντελοποίησης. Παρακολούθηση των επιφανειακών μετατοπίσεων Ποσοτικοποίηση της δραστηριότητας των καταπτώσεων 58

59 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Στη συνέχεια αναφέρονται κάποια χρήσιμα συμπεράσματα που προκύπτουν από τον παραπάνω πίνακα. Για τις κατολισθήσεις: Ο επίγειος σαρωτής Lidar είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο όσον αφορά τα εξής: Αναπαράσταση του μηχανισμού κατολίσθησης Οριοθέτηση της κατολίσθησης Υπολογισμός του όγκου αυτής Επίσης, χρησιμοποιείται κυρίως για τον χαρακτηρισμό ή την παρακολούθηση των κατολισθήσεων και όχι για την σύνταξη χαρτών επικινδυνότητας. Κατά την φάση της μοντελοποίησης, ο επίγειος σαρωτής είναι ένα κοινό εργαλείο για την παρακολούθηση της μετακίνησης. Η βασική αρχή είναι ίδια τόσο στο επίγειο όσο και στο αερομεταφερόμενο Lidar. Απαιτούνται τουλάχιστον δύο χρονικές περιόδου απόκτησης ενός τρισδιάστατου μοντέλου. Η παρακολούθηση απαιτεί υψηλή ανάλυση και υψηλής ακρίβειας σύνολο δεδομένων. Τα αποτελέσματα της παρακολούθησης είναι είτε δύο φορείς σημείων, ή οι αποστάσεις μεταξύ δύο συνόλων δεδομένων, είτε σε μια κατεύθυνση που ορίζεται από τον χρήστη. Η τυπική απόκλιση των μετρήσεων δύο χρονικών περιόδων μπορεί να είναι αρκετά υψηλή για πολλούς παράγοντες όπως, η ποιότητα των στοιχείων, η πυκνότητα των σημείων, η ύπαρξη βλάστησης, η τραχύτητα του ανάγλυφου, η ποιότητα της ευθυγράμμισης μεταξύ των σαρώσεων, οι σχετικές ή απόλυτες θέσεις του επιγείου σαρωτή και η μεταβολή της επιφάνειας εδάφους μεταξύ των δύο χρονικών περιόδων. Για τις βραχοπτώσεις: Μια μεγάλη βελτίωση στην αξιολόγηση της επικινδυνότητας των βραχοπτώσεων είναι η παρακολούθηση πεσμένων μπλοκ από ένα βράχο ανάμεσα σε δύο ή περισσότερες χρονικές περιόδους. Πράγματι, οι προσεγγίσεις αυτές επιτρέπουν την ποσοτικοποίηση του μεγέθους της δραστηριότητας των βραχοπτώσεων σε ένα πρανές. Έτσι λοιπόν, μπορεί να υπολογιστεί η αύξηση της δραστηριότητας μιας βραχοκατάπτωσης μερικούς μήνες πριν την εκδήλωση εμφάνισης μεγαλύτερων φαινομένων. Ομοίως, όταν παρατηρείται μείωση της δραστηριότητας μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το δυναμικό αστάθειας σταθεροποιείται κατά την διάρκεια μιας συγκεκριμένης χρονικής περιόδου. Κατά την φάση της μοντελοποίησης, η παρακολούθηση των βραχωδών πρανών είναι κατά κάποιο τρόπο πιο απλή σε σχέση με την παρακολούθηση εδαφικών πρανών. 59

60 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Αυτό γιατί η βραχόμαζα θεωρείται ως άκαμπτο σώμα και κατά συνέπεια η οποιαδήποτε μετακίνηση είναι πιο εύκολο να εντοπιστεί. Πλεονεκτήματα του επίγειου σαρωτή Lidar: Κύρια πλεονεκτήματα της τεχνικής αυτής είναι η απόκτηση τρισδιάστατης πληροφορίας, η ταχύτητα απόκτησης δεδομένων, η εύκολη εγκατάσταση και φορητότητα και η υψηλή ανάλυση. Μειονεκτήματα του επίγειου σαρωτή Lidar: Τα σημαντικότερα από αυτά είναι η ύπαρξη περιοχών σκιών που προκαλούνται από τραχιά τοπογραφία, η τεράστια ποσότητα των κεκτημένων πληροφοριών και οι απαιτούμενες τεχνικές μετά-επεξεργασίας για το φιλτράρισμα των συνολικών δεδομένων όταν πρόκειται για μεγάλη έκταση. Ο σαρωτής Lidar στη παρούσα διπλωματική χρησιμοποιήθηκε για την απεικόνιση τριών βραχωδών πρανών, για τον υπολογισμό της γωνίας και διεύθυνσης των ασυνεχειών σε καθένα απ αυτά, καθώς και για την διαστασιολόγηση και τον υπολογισμό των όγκων τεμαχών σε κάθε πρανές. Η επιλογή των τριών πρανών έγινε με βασικό κριτήριο τις διακριτές διαφορές στο βαθμό αποσάθρωσης, κερματισμού και σχιστοποίησης της βραχόμαζας. Αναλυτική περιγραφή για την χρήση του σαρωτή γίνεται στο 7 ο κεφάλαιο. 60

61 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Υδρογεωλογικές συνθήκες Σε ότι αφορά την υδρογεωλογική έρευνα, πρέπει να ελεγχθούν τα παρακάτω: Ο καθορισμός του βάθους και οι διακυμάνσεις του υδροφόρου ορίζοντα. Η χαρτογράφηση των υδατορεμάτων στη ολισθαίνουσα μάζα. Καθώς και χαρτογράφηση πηγών, ρωγμών, υδροπερατών στρωμάτων κ.α. Στις τομές των γεωτρήσεων καταγράφονται όλα τα στοιχεία του υπόγειου νερού. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται σε αρτεσιανούς ορίζοντες, λόγω των πιέσεων που ασκούν στα υπερκείμενα στρώματα. Επίσης, σημαντικό θέμα είναι η πίεση των πόρων στα αργιλικά εδάφη που έχουν επηρεασθεί από ολισθήσεις, καθώς υπάρχει σημαντική επίδραση στην επιφάνεια του πρανούς. Τέλος, η υδροστατική πίεση του υπόγειου νερού επηρεάζει σημαντικά την ευστάθεια του πρανούς και προσδιορίζεται με μετρήσεις στα πιεζόμετρα που έχουν εγκατασταθεί σε κάποιες από τις δειγματοληπτικές γεωτρήσεις. Εικόνα 4.9. Ισοπιεζομετρικός χάρτης Κρύας, υγρής περιόδου. (Β. Καρακίτσιος) 61

62 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Εργαστηριακές δοκιμές βραχομήχανικής Προσδιορισμός του δείκτη σημειακής φόρτισης (Point load test) Η δοκιμή σημειακής φόρτισης είναι μια απλή δοκιμή που έχει σαν σκοπό την ταξινόμηση του ακέραιου πετρώματος από πλευράς αντοχής, καθώς επίσης και τον έμμεσο προσδιορισμό της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη. Η δοκιμή γίνεται συνήθως στο εργαστήριο αλλά και και επιτόπου, λόγω της εύκολης μεταφοράς της ειδική συσκευής που χρησιμοποιείται. Η αντοχή του πετρώματος μετριέται με την εφαρμογή μιας αντιδιαμετρικά ασκούμενης δύναμης από τα δύο κωνικά άκρα της ειδική συσκευής (Εικόνα 4.10). Με αυτή τη διαδικασία προσδιορίζεται ο δείκτης σημειακής φόρτισης (Is). Εκτέλεση δοκιμής Για την εκτέλεση της δοκιμή χρησιμοποιούνται συνήθως κυλινδρικά δοκίμια του πετρώματος για διαμετρική ή αξονική φόρτιση, αλλά είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν τα δοκίμια σε μορφή κύβου ή ακόμα και σε ακανόνιστη μορφή. Βασική προϋπόθεση για την δοκιμή κάποιου συγκεκριμένο είδους είναι να ικανοποιούνται οι σχέσεις μεταξύ της απόστασης των κωνικών άκρων (D), του μήκου (L), και της χαρακτηριστικής διάστασης (W) του δοκιμίου. Σχήμα 4.2 Σχέσεις μεταξύ των διαστάσεων του δείγματος για τα διάφορα είδη των δοκιμών. α) Διαμετρική δοκιμή, β) αξονική δοκιμή, γ) δοκιμή σε ακανόνιστης μορφής δείγμα, δ) Δοκιμή σε μορφής κύβου δείγμα (ISRM, 1985). 62

63 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Το δοκίμιο τοποθετείται μεταξύ των κωνικών άκρων, ώστε η φόρτιση να γίνεται στο μέσο μήκος του δοκιμίου και κατά τη διάμετρο του. Η επιβολή του φορτίου πρέπει να γίνεται βαθμιαία και με σταθερή ταχύτητα μέχρι τη θραύση του δοκιμίου. Το φορτίο θραύσης σημειώνεται στο δελτίο δοκιμής. Εικόνα Δοκιμή σημειακής φόρτισης Με την εκτέλεση της δοκιμή υπολογίζεται ο δείκτης σημειακής φόρτισης Ιs, που είναι ο λόγος του φορτίου θραύσης (P) προς το τετράγωνο της ισοδύναμης διάστασης (De). ΙS = Ρ/ De 2. Ο δείκτης σημειακής φόρτισης Is μεταβάλλεται ανάλογα με την ισοδύναμη διάσταση De. Για το λόγο αυτό απαιτείται να γίνει διόρθωση του δείκτη αυτού και η εύρεση ενός ανηγμένου δείκτη σημειακής φόρτισης που θα αναφέρεται σε μια τυποποιημένη διάμετρο δοκιμίου. Ο νέος αυτός δείκτης Is (50) ονομάζεται ανηγμένος δείκτης σημειακής φόρτισης και αναφέρεται σε διαμετρικής δοκιμή με τυποποιημένη διάμετρο δοκιμίου D=50mm. Ο δείκτης Ιs (50) υπολογίζεται από τη σχέση: Is (50) =F*Is Όπου F είναι ο συντελεστής διόρθωσης που εκτιμάται από την σχέση: F=(De/50) 0.45 Τελικά Is (50) = (De/50) 0.45 *Is Ο ανηγμένος δείκτης Ιs (50) εκφράζεται σε MPa. 63

64 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Πίνακας 4.2. Ταξινόμηση ακέραιου πετρώματος με βάση το δείκτη σημειακής φόρτισης Ιs (50), (Bieniawski, 1975) Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη σ ci συνδέεται με τον ανηγμένο δείκτη σημειακής φόρτισης Ιs (50) με τη σχέση: σ c =Κ* Ιs (50), όπου Κ= Μονοαξονική θλίψη πετρώματος Η δοκιμή εκτελούμενη σε δοκίμια από πυρήνες γεωτρήσεων, είναι η συνηθέστερα εκτελούμενη εργαστηριακή δοκιμή. Χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci, και των ελαστικών σταθερών E και ν του άρρηκτου πετρώματος. Για παρόμοια ορυκτολογική σύσταση του πετρώματος, η σ ci μειώνεται με το πορώδες, το βαθμό αποσάθρωσης, τις μικρορωγματώσεις, και την περιεκτικότητα σε νερό. Γι αυτό η αντοχή δοκιμίων με την ίδια γεωλογική ονομασία δύναται να διαφέρει σημαντικά. Για παράδειγμα, η αντοχή του ψαμμίτη διαφέρει με το μέγεθος των κόκκων, την πυκνότητα, τη φύση και έκταση συγκόλλησης των κόκκων, και το βαθμό συμπίεσης και θερμοκρασίας που το πέτρωμα υπέστη μέχρι σήμερα. Εν τούτοις η γεωλογική ονομασία δίνει χρήσιμα στοιχεία όπως για παράδειγμα ένας σχιστόλιθος αναμένεται να παρουσιάζει σχιστότητα και ένας χαλαζίτης θα είναι γενικά ένα σκληρό ψαθυρό υλικό. 64

65 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Εκτέλεση της δοκιμής Προτεινόμενες τεχνικές για τον καθορισμό της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής και παραμορφωσιμότητας του άρρηκτου πετρώματος δίνονται από την Επιτροπή προτυποποίησης εργαστηριακών και επί τόπου δοκιμών της Διεθνούς Ένωσης Βραχομηχανικής (ISRM, 1979). Βασικά χαρακτηριστικά της συνιστώμενης διαδικασίας είναι: Τα δοκίμια έχουν κυλινδρική μορφή με λόγο 2.5 έως 3 όπου Η το ύψος και D η διάμετρος του δοκιμίου. Η διάμετρος δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 54mm (NX μέγεθος πυρήνα) και πρέπει να είναι τουλάχιστον 10 φορές μεγαλύτερη από το μέγιστο μέγεθος κόκκου του υπό δοκιμή πετρώματος. Οι βάσεις των δοκιμίων πρέπει να είναι επίπεδες με ανοχή 0.02mm, και κάθετες στον διαμήκη άξονα συμμετρίας του δοκιμίου με απόκλιση όχι περισσότερο από rad ή 0.05mm στα 50mm. Η πλευρική επιφάνεια πρέπει να είναι λεία, με ανοχή όχι περισσότερο από 0.3mm. Τα δοκίμια πρέπει να έχουν ληφθεί πριν από 30 ημέρες το πολύ από το μητρικό πέτρωμα, έτσι ώστε να διατηρούν, κατά το δυνατόν, τη φυσική τους υγρασία. Το φορτίο θα εφαρμόζεται στο δοκίμιο με σταθερό ρυθμό MPa/s. Αξονικό φορτίο και ακτινικές ή διαμετρικές παραμορφώσεις θα καταγράφονται καθ όλη τη διάρκεια της δοκιμής. Θα πρέπει να εκτελούνται τουλάχιστον πέντε δοκιμές. 65

66 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Για την εκτέλεση της δοκιμής, κατάλληλα διαμορφωμένα κυλινδρικά δοκίμια υποβάλλονται σε μονοαξονική θλίψη με σκοπό να υπολογιστεί η αντοχή του πετρώματος, δηλαδή η μέγιστη τάση (μέση τιμή σε ένα επίπεδο) την οποία ένα πέτρωμα δύναται να αντέξει. Σχήμα 4.11 Κυλινδρικό δοκίμιο (Τσουτρέλης et al, 2000) Σχήμα 4.3 Γραφικός προσδιορισμός διαφόρων μέτρων ελαστικότητας Επίσης με βάση το διάγραμμα ενεργών τάσεων-τροπών (ανηγμένων παραμορφώσεων), που σχεδιάζεται από τη δοκιμή αυτή, μπορούν να υπολογιστούν διάφορα μέτρα ελαστικότητος Ε (Young s Modulus) του πετρώματος καθώς και ο λόγος του Poisson ν. Στη συνήθη περίπτωση που δεν υφίσταται πίεση νερού των πόρων, η ενεργή τάση ταυτίζεται με την δρώσα αξονική δύναμη διαιρεμένη με την επιφάνεια φόρτισης του δοκιμίου. Η μέτρηση των παραμορφώσεων επιτυγχάνεται συνήθως με την τοποθέτηση μετρητών παραμόρφωσης (strain gauges) που επικολλώνται με τη χρήση ειδικής κόλλας, σύμφωνα. Ο κατακόρυφος μετρητής μετράει την αξονική παραμόρφωση του δοκιμίου, και ο οριζόντιος την διαμετρική παραμόρφωση. 66

67 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Εικόνα Ηλεκτρικό μηκυνσιόμετρο (Νιώτη, 2009) Προσδιορισμός της αντοχής σε τριαξονική θλίψη Η δοκιμή αυτή δίνει τα απαραίτητα στοιχεία για τον υπολογισμό των παραμέτρων διατμητικής αντοχής του βραχώδους υλικού, δηλαδή της γωνίας εσωτερικής τριβής φ και της φαινόμενης συνοχής c των δοκιμίων του πετρώματος. Οι τιμές της αντοχής, όπως προσδιορίζονται με τη μέθοδο αυτή, δίνονται σε τιμές ολικών τάσεων καθόσον δεν προβλέπεται η μέτρηση της πίεσης των πόρων. Κατά τη δοκιμή αυτή κατάλληλα διαμορφωμένα κυλινδρικά δοκίμια, παρόμοια με αυτά που παρασκευάζονται για τη δοκιμή μονοαξονικής θλίψης, υποβάλλονται σε τριαξονική θλίψη σύμφωνα με την ISRM (1983). Το δοκίμιο τοποθετείται μέσα σε ειδικό κελί μέσω του οποίου εφαρμόζεται πλευρικά υδραυλική πίεση σ 3 σε διάφορες τιμές. Ένα πλαστικό περίβλημα απομονώνει συνήθως το δοκίμιο από το πλευρικό υγρό που συνήθως είναι έλαιο. Η αξονική τάση σ 1 επιβάλλεται στο δοκίμιο μέσω εμβόλου που διέρχεται μέσα από το κελί, με σκοπό να υπολογιστεί κάθε φορά η αντοχή του πετρώματος σε αξονική θλίψη για δεδομένη τιμή πλευρικής πίεσης. 67

68 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Από το αποτέλεσμα της δοκιμής αυτής και σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα των δοκιμών έμμεσου εφελκυσμού (Brazilian test) και μονοαξονικής θλίψης μπορεί να χαραχθεί η περιβάλλουσα μέγιστης αντοχής του πετρώματος. Σχήμα 4.4 Δοκίμιο υποβαλλόμενο σε τριαξονική θλίψη (Τμήμα Μ.Μ.Μ., Ε.Μ.Π.), και όψη του εσωτερικού του κελιού. (ΑΙ Σοφιανός και ΠΠ Νομικός, 2008) Στο σχήμα 4.5 δίνονται οι καμπύλες τάσης παραμόρφωσης δοκιμών σε μάρμαρο του Tennessee, για διάφορες τιμές της πλευρικής πίεσης. Παρατηρείται, η μετατροπή της αρχικά ψαθυρής συμπεριφοράς του πετρώματος για χαμηλές τιμές της πλευρικής πίεσης, σε όλκιμη για μεγαλύτερες τιμές αυτής. 68

69 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Σχήμα 4.5 Πλήρεις καμπύλες αξονικής τάσης-αξονικής παραμόρφωσης από δοκιμές σε μάρμαρο του Tennessee (Waversik & Fairhurst, 1970). Σχήμα 4.6. Διαγράμματα κύριας τάσης σ 1 -παραμόρφωσης (Μαρίνος, 2013) 69

70 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Η επεξεργασία αποτελεσμάτων της παραπάνω δοκιμής περιλαμβάνει: 1. Σύντομη λιθολογική περιγραφή για το πέτρωμα από το οποίο προήλθαν τα δοκίμια. 2. Με βάση τις παραπάνω μετρήσεις καθώς επίσης και εκείνες των προηγουμένων πειραμάτων του έμμεσου εφελκυσμού (Brazilian test) και της μονοαξονικής θλίψης χαράσσονται : α) Tα διαγράμματα κύριας τάσης σ 1 -παραμόρφωσης, (σχήμα 4.6). β) Το διάγραμμα με άξονες σ 1 -σ 3 και η περιβάλλουσα αντοχής, (σχήμα 4.7). Σχήμα 4.7. Περιβάλλουσα αντοχής πετρώματος (Μαρίνος, 2013) Δοκιμή Αντιδιαμετρικής Θλίψης (δοκιμή Brazilian) Γενικά Η δοκιμή χρησιμοποιείται για την έμμεση μέτρηση της αντοχής του πετρώματος σε μονοαξονικό εφελκυσμό. Στη δοκιμή αυτή δοκίμιο μορφής δίσκου υποβάλλεται σε αντιδιαμετρική θλίψη μέχρι θραύσης. Υπό τις συνθήκες αυτές φόρτισης το δοκίμιο αστοχεί κατά τη διάμετρο φόρτισης σε εφελκυσμό και η εφελκυστική τάση, που προκαλεί την αστοχία αυτή, θεωρείται ότι είναι ίση με την αντοχή του δοκιμίου σε μονοαξονικό εφελκυσμό. 70

71 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Η δοκιμή βασίζεται στο γεγονός, ότι τα περισσότερα πετρώματα, όταν βρεθούν σε διαξονικό εντατικό πεδίο αστοχούν σε εφελκυσμό, όταν η μία κύρια τάση είναι εφελκυστική και η άλλη κύρια τάση θλιπτική και εφ όσον το μέγεθος της τελευταίας δεν υπερβαίνει το τριπλάσιο της κύριας εφελκυστικής τάσης. Θεωρία της δοκιμής Στην περίπτωση δίσκου από ομοιογενές, ισότροπο και γραμμικώς ελαστικό υλικό, ο οποίος φορτίζεται ομοιόμορφα αντιδιαμετρικά, είναι δυνατό, με βάση τη θεωρία της ελαστικότητας, να υπολογισθούν οι τάσεις εφελκυσμού σϑ και θλίψεως, κατά μήκος της διαμέτρου φορτίσεως Υ-Υ. Η μεταβολή των τάσεων αυτών κατά μήκος της Υ-Υ δίνεται στο σχήμα 4.8, για την περίπτωση όπου θ=tan -1 (1/12) 2θ=9,50. Από αυτήν προκύπτει ότι η τάση, με εξαίρεση τις αντιδιαμετρικές περιοχές φορτίσεως είναι εφελκυστική στο μεγαλύτερο τμήμα της διαμέτρου Υ-Υ και ταυτόχρονα σταθερή. Η εφελκυστική αυτή τάση δίνεται από τη σχέση: (1) όπου: P = επιβαλλόμενη δύναμη τη στιγμή της αστοχίας. R = ακτίνα του μορφής δίσκου δοκιμίου. t = πάχος του μορφής δίσκου δοκιμίου. 2θ = τόξο γωνίας στο οποίο δρα ομοιόμορφα η δύναμη P επί του δοκιμίου. Σχήμα 4.8. Μεταβολή της εφελκυστικής και της θλιπτικής τάσης κατά μήκος της διαμέτρου Υ- Υ για φόρτιση υπό γωνία 2θ=9.5 ο (Fairhurst, 1964). 71

72 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Η παραπάνω σχέση, για μικρές γωνίες 2θ, δίνεται με ικανοποιητική προσέγγιση από την σχέση: (2) όπου D=2R=διάμετρος του δοκιμίου. Οι σχέσεις (1) και (2) χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της αντοχής σε εφελκυσμό του πετρώματος, υπό την προϋπόθεση ότι κατά την πειραματική διαδικασία παρατηρείται έναρξη αστοχίας του δοκιμίου κατά μήκος της διαμέτρου φορτίσεως. 72

73 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Δοκιμή άμεσης διάτμησης Η δοκιμή άμεσης διάτμησης χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της μέγιστης και παραμένουσας διατμητικής αντοχής ως συνάρτηση της ορθής τάσης στο επίπεδο διατμήσεως. Αν και μπορεί να εφαρμοσθεί για τον υπολογισμό της διατμητικής αντοχής δοκιμίων άρρηκτου πετρώματος, συνηθέστερα το επίπεδο διάτμησης ταυτίζεται με ένα επίπεδο αδυναμίας του πετρώματος (π.χ. μία ασυνέχεια). Η εργαστηριακή συσκευή για την εκτέλεση δοκιμής διάτμησης, μπορεί να είναι φορητή ή σταθερή σε μόνιμη θέση στο εργαστήριο. Η συσκευή πρέπει να περιλαμβάνει κατάλληλο σύστημα επιβολής ορθής και διατμητικής δύναμης δύναμης καθώς και σύστημα μέτρησης των δυνάμεων αυτών. Οι αναγνώσεις της κάθετης και διατμητικής μετατόπισης μπορεί να λαμβάνονται οπτικά (με αναλογικά βελόμετρα) ή να προσαρμοσθεί κατάλληλο σύστημα αυτοματοποίησης, το οποίο να δίνει τις επιθυμητές ψηφιακές ενδείξεις (ΑΙ Σοφιανός και ΠΠ Νομικός, 2008). Σχήμα 4.9. Φορητή συσκευή για την εκτέλεση δοκιμής απευθείας διάτμησης (Field Shear Box, μοντέλο WF 40900, ΑΙ Σοφιανός και ΠΠ Νομικός, 2008). 73

74 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Εικόνα Μη φορητή συσκευή απ ευθείας διάτμησης της εταιρείας SBEL (ΑΙ Σοφιανός και ΠΠ Νομικός, 2008) Τα δοκίμια που χρησιμοποιούνται είναι μορφής ορθογωνίων πρισμάτων ή κυλινδρικά (από πυρήνες γεωτρήσεων). Οι διαστάσεις τους και ο τρόπος μόρφωσης τους πρέπει να είναι τέτοια ώστε να μη χρειάζεται περαιτέρω επεξεργασία τους στο εργαστήριο. Η δοκιμή αρχίζει με την εφαρμογή της ορθής δύναμης (το στάδιο αυτό μπορεί να περιλαμβάνει και σχετική στεροποίηση) και στη συνέχεια της διατμητικής. Η αντίστοιχη ορθή και διατμητική τάση υπολογίζονται από τις σχέσεις: Διατμητική τάση: Κάθετη τάση: όπου Ps η ασκούμενη διατμητική δύναμη, P n η ασκούμενη κάθετη δύναμη και Α η επιφάνεια του επιπέδου διατμήσεως που είναι ενεργή την κάθε δεδομένη στιγμή. Για κάθε δοκιμή κατασκευάζονται τα διαγράμματα διατμητικής τάσης - διατμητικής μετατόπισης και ορθής τάσης-διατμητικής μετατόπισης. Από αυτά λαμβάνονται οι τιμές της μέγιστης και παραμένουσας διατμητικής αντοχής και οι τιμές των αντίστοιχων ορθών και διατμητικών μετατοπίσεων. 74

75 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Εάν εκτελεστεί μία σειρά δοκιμών με διάφορες ορθές τάσεις τότε μπορούν να κατασκευαστούν διαγράμματα μέγιστης και παραμένουσας διατμητικής αντοχής συναρτήσει της ορθής τάσης, από τα οποία εξάγονται αποτελέσματα για τις παραμέτρους διατμητικής αντοχής της ασυνέχειας. Συγκεκριμένα υπολογίζονται: Η παραμένουσα γωνία τριβής ф r (residual friction angle). Η φαινόμενη γωνία τριβής ф a, για τιμές της ορθής τάσεως μικρότερες της τιμής σ a (δηλαδή στην κλίμακα εκείνη των ορθών τάσεων που δεν καταστρέφεται πρακτικά η τραχύτητα της ασυνέχειας). Η φαινόμενη γωνία τριβής ф b, για τιμές της κάθετης τάσεως μεγαλύτερες της τιμής σ a (δηλαδή στην κλίμακα εκείνη των ορθών τάσεων που καταστρέφεται πρακτικά η τραχύτητα της ασυνέχειας). Η ф b είναι συνήθως ίση, ή περίπου ίση, με την ф r. Η συνοχή του επιπέδου της ασυνέχειας c όπως υπολογίζεται από την καμπύλη της μέγιστης διατμητικής αντοχής. Η τιμή της c είναι συχνά μηδενική. Η συνοχή του επιπέδου της ασυνέχειας c (παράμετρος διατμητικής αντοχής). Σχήμα Διάγραμμα μέγιστης και παραμένουσας διατμητικής αντοχής συναρτήσει της ορθής τάσης στο επίπεδο διάτμησης (ΑΙ Σοφιανός και ΠΠ Νομικός, 2008). 75

76 ΚΕΦ. 4 ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ Η μέθοδος του κρουσίμετρου αναπήδησης (Σφύρα Schmidt) Η μέθοδος του κρουσίμετρου αναπήδησης (γνωστό και ως κρουσίμετρο ή σφύρα Schmidt) βασίζεται στην εκτίμηση της επιφανειακής σκληρότητας των ελεγχόμενων πετρωμάτων. Η βασική αρχή είναι η διατήρηση σε επαφή με την επιφάνεια του πετρώματος ενός μεταλλικού εμβόλου, ενώ ταυτόχρονα μια μάζα διευθυνόμενη από ελατήριο προσβάλλει την άλλη πλευρά του εμβόλου και αναπηδά. Η δύναμη με την οποία το ελατήριο ωθεί το έμβολο, είναι σταθερή και ανεξάρτητη της αντίστασης της επιφάνειας και της ταχύτητας που εκτελείται η μέτρηση. Το ύψος αναπήδησης της μάζας, το οποίο εξαρτάται από την επιφανειακή σκληρότητα του πετρώματος, αναγράφεται σε κατάλληλη κλίμακα εντός του οργάνου και αποτελεί το δείκτη σκληρομέτρησης (Α). Όσο υψηλότερη είναι η σκληρότητα του πετρώματος τόσο μεγαλύτερο είναι το ύψος αναπήδησης. Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί αφ ενός για τη διαπίστωση της ομοιογένειας του πετρώματος και αφ' ετέρου για την εκτίμηση της αντοχής του. Σχήμα Αρχή λειτουργίας του κρουσίμετρου Schmidt (McCarroll, 1994) Ο απαιτούμενος αριθμός δοκιμών ανά δείγμα καθορίζεται από την ISRM σε τουλάχιστο 20. Οι δέκα χαμηλότερες τιμές απορρίπτονται και από τις υπόλοιπες 10 λαμβάνεται ο μέσος όρος. Η ASTM συνιστά τουλάχιστο δέκα δοκιμές, από τις οποίες απορρίπτονται όσες διαφέρουν από το μέσο όρο περισσότερο από 7 μονάδες. Και τα δύο 76

77 πρότυπα συνιστούν οι θέσεις των δοκιμών να απέχουν τουλάχιστο όσο η διάμετρος του εμβόλου του κρουσιμέτρου. Η εκτίμηση της αντοχής του πετρώματος από την αναπήδηση μπορεί να πραγματοποιηθεί με τη βοήθεια καμπυλών συσχέτισης, που έχουν προκύψει από πειραματικά αποτελέσματα. Στο παρακάτω σχήμα δείχνεται μία σειρά τέτοιων καμπυλών, που έχουν προκύψει από πειραματικά δεδομένα. Σχήμα Καμπύλες αναπήδησης - αντοχής από πειραματικά στοιχεία. (Deere and Miller, 1996) Το κυριότερο μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι δεν προχωρεί στην εκτίμηση της ποιότητας του πετρώματος σε βάθος. Το βάθος επιρροής κυμαίνεται από 2 έως 3cm. Επίσης η διασπορά των αποτελεσμάτων κυμαίνεται στο ±10% περίπου που είναι σχετικά υψηλή. Στα πλεονεκτήματα της μεθόδου θα πρέπει να αναφερθούν η ευκολία στην εφαρμογή της, οι μικρές απαιτήσεις σε εξοπλισμό και το μικρό σχετικά κόστος του καθώς και η άμεση διαθεσιμότητα των αποτελεσμάτων. 77

78 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ο ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ - ΕΡΕΥΝΑΣ 5.1 Γενικά Στο κεφάλαιο αυτό αναπτύσσονται τα γεωλογικά χαρακτηριστικά που παίζουν καθοριστικό ρόλο στην ποιότητα της γνευσιακής βραχόμαζας. Ίσως το βασικότερο χαρακτηριστικό είναι η αποσάθρωση το οποίο επιδρά άμεσα στις ιδιότητες τόσο του άρρηκτου πετρώματος μειώνοντας σημαντικά την αντοχή του, όσο και στη σχηματιζόμενη συνολικά δομή. Επίσης, πολύ σημαντικό χαρακτηριστικό είναι και το καθεστώς τεκτονισμού που συναντάτε και πως αυτό επιδρά στη δομή της βραχόμαζας. Τέλος, γίνεται αναφορά στις υδρογεωλογικές συνθήκες και στην σεισμικότητα της περιοχής. Ο όρος «γνεύσιος» φαίνεται να χρησιμοποιείται αρχικά στο λεξιλόγιο σαξονικών μεταλλείων για να αποδοθεί σε ένα πέτρωμα ο χαρακτηρισμός του άχρηστου μεταλλεύματος. Οι γνεύσιοι είναι συνήθη πετρώματα που απαντώνται ευρέως σε όλο τον κόσμο και έχουν δημιουργηθεί από τη μεταμόρφωση είτε ιζηματογενών είτε πυριγενών πετρωμάτων Λιθολογία Οι γνέυσιοι είναι πετρώματα τα οποία παρουσιάζουν ταινιωτή υφή λόγω του προσανατολισμού των ορυκτών τους. Η διακριτή αυτή επιφάνεια μέσα στη βραχόμαζα προκύπτει όταν τα ορυκτά διαχωρίζονται και τοποθετούνται γραμμικά σε σκοτεινόχρωμες σειρές φεμικών ορυκτών με επικράτηση του βιοτίτη και της κεροστίλβης και ανοιχτόχρωμες με επικράτηση αστρίων και χαλαζία. Σημαντικά επιπρόσθετα ορυκτά είναι ο μοσχοβίτης και ο γρανάτης. Η περιεκτικότητα τους σε φεμικά συστατικά ποικίλλει από περιοχή σε περιοχή, ενώ κατά θέσεις παρατηρούνται εναλλαγές με λεπτά στρώματα αμφιβολιτών ή αμφιβολιτικών σχιστολίθων. Στις θέσεις όπου ο γνέυσιος εναλλάσσεται με τα στρώματα αυτά η με μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους δημιουργούνται ασυνέχειες, συνήθως αδυναμίας, ιδιαίτερα κοντά στην επιφάνεια ή στον περίγυρο των τεκτονικών διαρρήξεων. Χαρακτηριστικό του σχηματισμού είναι ότι διατρέχονται από απλιτικές φλέβες. Πρόκειται για διεισδύσεις. Που συνίστανται κυρίως από χαλαζία και αστρίους και έχουν χρώμα λευκό. Μπορεί να παρουσιάζουν έντονη σχιστότητα και φυλλώδη δομή όταν έχουν επηρεασθεί από την μεταμόρφωση. 78

79 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η υφή ανάλογα πόσο σχιστώδης είναι επιτρέπει τα πετρώματα αυτά να ταξινομούνται σε γνευσίους, σχιστογνεύσιους και γνευσιοσχιστόλιθους κατά αυξανόμενη σχιστότητα. Παράλληλα, στο περιβάλλον όπου απαντώνται γνευσιακά πετρώματα συχνά υπάρχουν και διεισδύσεις πυριγενών πετρωμάτων, συνήθως γρανίτες. Στην περίμετρο των γρανιτικών διεισδύσεων εμφανίζονται οι γρανιτογνεύσιοι και γνευσιογρανίτες Τεκτονικό καθεστώς Ο τεκτονισμός των γνευσιακών βραχομαζών αποτελεί καθοριστικό στοιχείο για την τελική ποιότητα τους και συνδέεται με την αποσάθρωση τους. Ενώ οι γνεύσιοι γενικά έχουν την εκτίμηση ενός συμπαγούς σχηματισμού, όταν είναι έντονα κερματισμένοι είναι αρκετά προβληματικά γεωυλικά. Αποτέλεσμα μιας έντονης τεκτονικής δραστηριότητας είναι ότι οι διάφορες λιθολογικές μεταβάσεις δεν είναι ευδιάκριτες ή έχουν τεκτονικές διακοπές. Υπάρχει έντονη διάρρηξη των σχηματισμών, συστηματική παρουσία ζωνών διατμήσεων αλλά και ελαφρά πτύχωση τους. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα της τεκτονικής δραστηριότητας είναι η παρουσία γρανιτικών διεισδύσεων μέσα στο γνευσιακό περιβάλλον χωρίς σαφή πλευρικά όρια. Οι γνευσιακές μάζες είναι δυνατόν να διατμηθούν και να σχιστοποιηθούν έντονα δημιουργώντας φυλλοποιημένες διατμημένες δομές με την μορφή ζωνών πάχους λίγων μέτρων. Οι ζώνες αυτές είναι συνήθως προσανατολισμένες παράλληλα με την γνευσιακή υφή του πετρώματος. Γνευσιακή υφή Ζώνες διάτμησης Μικροπτυχώσεις Εικόνα 5.1 Ζώνες διάτμησης, γνευσιακή υφή και μικροπτυχώσεις. 79

80 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Αποσάθρωση Η αποσάθρωση είναι ένας παράγοντας που μπορεί να παίξει καθοριστικό ρόλο στην συμπεριφορά του πετρώματος. Ενώ το υγιές πέτρωμα εμφανίζει πολύ καλά μηχανικά χαρακτηριστικά παρουσιάζονται πολύ καλή δομή, στην εντελώς αποσαθρωμένη βραχόμαζα η συμπεριφορά αυτή είναι εντελώς διαφορετική. Οι γνευσιακές βραχόμαζες μπορεί να είναι υγιείς, ελάχιστα αποσαθρωμένες, μέτρια αποσαθρωμένες, πολύ αποσαθρωμένες, πλήρως αποσαθρωμένες και τέλος να έχουν καταλήξει σε έδαφος (Πίνακας 5.1) Πίνακας 5.1. Κατηγορίες πετρωμάτων με βάση το βαθμό αποσάθρωσης (Anonymous,1981) Κατηγορία πετρώματος Περιγραφή Κατηγορία κατά την ISRM Υγιές Χωρίς ίχνος αποσάθρωσης. I Ελάχιστα αποσαθρωμένο Ολίγον αποσαθρωμένο Μετρίως αποσαθρωμένο Έντονα αποσαθρωμένο Πλήρως αποσαθρωμένο Έδαφος Η αποσάθρωση περιορίζεται στις επιφάνειες των ασυνεχειών. Έντονη αποσάθρωση στις επιφάνειες των ασυνεχειών και ελαφρά αποσάθρωση στη μάζα του υλικού. Εκτεταμένη αποσάθρωση στη μάζα του υλικού, χωρίς το υλικό να παρουσιάζει ευθρυπτότητα. Εκτεταμένη αποσάθρωση στη μάζα του υλικού, με τοπική ευθρυπτότητα του υλικού. Πλήρης αποσάθρωση και μεγάλη ευθρυπτότητα του υλικού, με διατήρηση της δομής και της υφής. Η υφή και η δομή του υλικού έχει καταστραφεί και το υλικό μπορεί να χαρακτηριστεί ως έδαφος (υπολειμματικός σχηματισμός) II III IV V VI - Η αποσάθρωση ξεκινά από την επιφάνεια και μπορεί να προχωρήσει σε βάθος ανάλογα με τον κερματισμό της βραχόμαζας. Έτσι, όταν υπάρχουν συγκεκριμένες ζώνες έντονης τεκτονικής διατάραξης, όπως ρήγματα ή ζώνες διάτμησης, ή απλιτικές φλέβες ή γρανιτικές διεισδύσεις τότε η αποσάθρωση μπορεί να φτάσει σε σημαντικά βάθη. Σε αυτές τις ζώνες εμφανίζονται αργιλικά υλικά πολύ χαμηλής αντοχής. 80

81 Έντονα αποσαθρωμένο ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Μέτρια αποσαθρωμένο Εικόνα 5.2. Ενδεικτική εικόνα έντονα αποσαθρωμένης και μέτριας αποσαθρωμένης βραχόμαζας. Η αποσάθρωση συνήθως, είναι πιο έντονη κατά μήκος της γνευσιακής σχιστότητας λόγω του προσανατολισμού των ορυκτών. Εκτός από την αποσάθρωση που περιγράφηκε και προέρχεται από ατμοσφαιρκούς παράγοντες, ξεκινώντας από την επιφάνεια, μπορεί να υπάρχει κατά θέσεις και αλλοίωση του πετρώματος από ενδογενείς διεργασίες. Πρόκειται για την επίδραση διαλυμάτων που διακινήθηκαν κατά την διείσδυση γρανιτικών σωμάτων μέσα στη γνευσιακή βραχόμαζα Υδρογεωλογικό καθεστώς Οι σχηματισμοί των γνευσίων, γρανιτών και σχιστολίθων κατατάσσονται στους σχηματισμούς χαμηλής διαπερατότητας έως πρακτικά αδιαπέρατους. Η κυκλοφορία του νερού μπορεί να γίνει επιλεγμένα μέσω του συστήματος ασυνεχειών της βραχόμαζας η οποία όμως μειώνεται όταν η αποσάθρωση είναι έντονη. Ο μανδύας αποσάθρωσης των γνευσίων παρουσιάζει κάποια διαπερατότητα όχι πολύ μεγάλη όμως, λόγω της παρουσίας αργιλικών ορυκτών. Επιτρέπει μόνο την μερική διακίνηση ποσοτήτων νερού. Μεταξύ του επιφανειακού μανδύα αποσάθρωσης και του βραχώδους υπόβαθρου αναπτύσσονται τοπικοί ασθενείς υδροφόροι ορίζοντες, οι οποίοι εμφανίζονται υπό μορφή πηγών επαφής, κυμαινόμενης παροχής. 81

82 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Είναι οι υδροφόροι ορίζοντες, τους οποίους τοπικά εκμεταλεύονται οι κάτοικοι, με την κατασκευή διαφόρων έργων υδρομάστευσης. Εμφανίζονται συνήθως στα υψηλότερα τοπογραφικά σημεία υπό μορφή πλευρικών ροών. Σ όλες τις περιπτώσεις απαιτείται υδρομάστευση των νερών αυτών και απορροή προς παρακείμενους αποδέκτες. Αξίζει να αναφερθεί ότι η παρουσία νερού σε ζώνες κερματισμού και αποσάθρωσης έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία δυσμενών συνθηκών ευστάθειας λόγω της διαβροχής των αργίλων που συναντώνται σε αυτές τις θέσεις που έχει ως συνέπεια την αύξηση της πίεσης των πόρων, σύμφωνα με (Δημαράς, 2006) Γεωλογικό προφίλ συμπερασμάτων γνευσιακής βραχόμαζας Συνοψίζοντας τα παραπάνω, η συνθετότητα σε ένα γνευσιακό περιβάλλον έντονου κερματισμού και αποσάθρωσης παρουσιάζεται ως εξής: Οι γνεύσιοι ως προς την άρρηκτη μάζα αν και γενικά συμπαγείς, παρουσιάζουν μειωμένες ιδιότητες όταν έχουν σχιστώδη υφή αλλά και λόγω της αποσάθρωσης, κυρίως των αστριούχων ορυκτών της. Συνεπώς, ενώ οι γνεύσιοι κατέχουν γενικά μια θέση μεταξύ των συμπαγών πετρωμάτων, μπορεί να είναι αρκετά προβληματικοί λόγω της ακανόνιστης δομής τους και τεκτονικής καταπόνησης και της έντονης αποσάθρωσης ιδιαίτερα στην επιφάνεια. Οι ζώνες διάτμησης με ψαθυρή παραμόρφωση δημιουργούν έντονο κερματισμό, και αποτελούνται από υπολλειματικά τεμάχη αποσαθρωμένου γνευσίου κα αργιλοχαλικώδη γεωυλικά. Οι ζώνες διάτμησης με όλκιμη παραμόρφωση είναι ισχυρά φυλλώδεις με εντονότερη παρουσία αργιλοποιημένων υλικών από την αλλοίωση του αρχικού πετρώματος. Ο γνεύσιος είναι ιδιαίτερα αποσαθρωμένος στις επαφές με απλιτικές χαλαζιακές φλέβες όπως και κατά μήκος της ενδεχόμενης σχιστότητας τους. Κατά συνέπεια οι γνευσιοσχιστόλιθοι και οι σχιστογνεύσιοι είναι πιο αποσαθρωμένοι από τους τοπικούς γνευσίους. 82

83 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 5.2 Οι Γεωλογικές συνθήκες της ευρύτερης περιοχής του έργου Στο παρόν υποκεφάλαιο γίνεται μια περιγραφή των γεωλογικών συνθηκών της ευρύτερης περιοχής του έργου και στη συνέχεια πιο συγκεκριμένη αναφορά στους γνευσιακούς σχηματισμούς που συναντώνται κατά μήκος του οδικού άξονα. Πιο συγκεκριμένα, ο κάθετος άξονας 75 της Εγνατίας Οδού εντάσσεται γεωτεχνικά στην μάζα Ροδόπης και στην ενότητα Μάκρης που ανήκει στην Περιροδοπική ζώνη Υπόβαθρο Ροδόπης Το υπόβαθρο της Ροδοπικής μάζας σύμφωνα με (Μουντράκης, 2010) αποτελείται από μεταμορφωμένα, κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα ηλικίας Προκάμβριος έως κάτω Παλαιοζωική. Το πάχος αυτού του υποβάθρου κυμαίνεται από 10-20km (ανάλογα με τον μελετητή). Σύμφωνα με έρευνες η μάζα της Ροδόπης χωρίζεται σε δύο τεκτονικές μονάδες. i. Την ανώτερη τεκτονική ενότητα του Σιδηρόνερου που εκτείνεται βόρεια κατά μήκος των ελληνοβουλγαρικών συνόρων. ii. Την κατώτερη τεκτονική ενότητα του Παγγαίου που καταλαμβάνει τη δυτική, νοτιοδυτική Ροδόπη. (Papanikolaou & Panagopoulos, 1981). Περιοχή μελέτης Εικόνα 5.3. Γεωλογικός χάρτης της Μάζας Ροδόπης και ένα τμήμα της Σερβομακεδονικής Μάζας. (Kilias, 2013) 83

84 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Πιο λεπτομερείς έρευνες (Mposkos 1998, Mposkos & Krohe 2000, Krohe & Mposkos 2002) διαίρεσαν την ανώτερη τεκτονική ενότητα του Σιδηρόνερου σε επιμέρους μικρότερες ενότητες με κριτήρια κυρίως πετρολογικά. Οι ενότητες αυτές από τα δυτικά όπως τα ανατολικά είναι οι εξής: Η κυρίως ενότητα Σιδηρόνερου, αποτελείται από μιγματίτες, ορθογνεύσιους, παραγνεύσιους, αμφιβολίτες, μεταπελίτες και εκλογίτες. Βρίσκεται στην περιοχή βόρεια όπως Δράμας και όπως Ξάνθης. Η ενότητα Καρδάμου αποτελείται από αλβιτικούς γνεύσιους, παραγνεύσιους, μιγματιτικούς γνεύσιους, μεταβασίτες και ενστρώσεις μαρμάρων. Βρίσκεται στην περιοχή βόρεια όπως Κομοτηνής. Η ενότητα Κεχρίου, αποτελείται ορθογνεύσιους, μιγματίτες εκλογίτες αμφιβολίτες και υπερβασικά σώματα τεκτονικά παρεμβαλόμενα. Βρίσκεται στην ανατολική Ροδόπη στην περιοχή του χωριού Κεχρί μέχρι τα ελληνοβουλγαρικά σύνορα. Η ενότητα όπως Κίμης, αποτελείται από μετα-ιζήματα και μετα-πυριγενή πετρώματα πολύ υψηλής μεταμόρφωσης, όπως αμφιβολιτιωμένους εκλογίτες, γρανιτικούς ορθονγνεύσιους και υπερβασικά πετρώματα μανδυακής προέλευσης όπως περιδοτίτες και πυροξενίτες. Βρίσκεται στο ανατολικό άκρο της Ροδόπης στην περιοχή Έβρου-Ορεστιάδας καθώς και σε μια μικρή εμφάνιση (ΒΔ της Κομοτηνής) μεταξύ των ενοτήτων Σιδηρόνερου και Καρδάμου. Η ενότητα του Παγγαίου συγκροτείται από ένα κατώτερο ορίζοντα με ορθογνεύσιους, σχιστόλιθους και αμφιβολίτες, ένα μεσαίο ορίζοντα μαρμάρων μεγάλου πάχους και ένα ανώτερο ορίζοντα με εναλλαγές σχιστολίθων και μαρμάρων, η οποία θεωρείται και η νεότερη ενότητα πετρωμάτων. Η ενότητα του Σιδηρόνερου, που αποτελεί την παλαιότερη ενότητα πετρωμάτων, εφιππεύει την ενότητα του Παγγαίου από Βορρά προς Νότο κατά μήκος μιας μεγάλου μήκους τεκτονικής γραμμής γενικής διεύθυνσης ΒΔ-ΝΑ. 84

85 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η άνω και η κάτω τεκτονική μονάδα όπως μάζας Ροδόπης, διαιρείται με ρήγματα εφελκυστικής αποκόλλησης (detachment) μικρής γωνίας κλίσης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εκταφή παλαιότερων τεκτονικών μονάδων και την δημιουργία τεκτονικών παραθύρων, όπως το τεκτονικό παράθυρο του Παγγαίου Συνθήκες μεταμόρφωσης Ροδόπης Τέσσερα κύρια μεταμορφικά γεγονότα έλαβαν χώρα για τη δημιουργία αυτού του κρυσταλλοσχιστώδους υποβάθρου. Αυτά έχουν ως εξής: 1. Γενική μεταμόρφωση πιθανόν αμφιβολιτικής φάσης κατά το Παλαιοζωικό. 2. Εκλογιτική μεταμόρφωση στο Κρητιδικό. 3. Αμφιβολιτική μεταμόρφωση στο Ηώκαινο. 4. Πρασινοσχιστολιθική μεταμόρφωση στο Ολιγόκαινο. Η κατώτερη μονάδα του Παγγαίου επηρεάστηκε από τις συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας πρασινοσχιστολιθικής φάσης Μαγματισμός Ροδόπης Στην περιοχή της Ροδόπης υπάρχουν αξιόλογοι όγκοι πυριγενών πετρωμάτων οι οποίοι διατρυπούν τα κρυσταλλοσχιστώδη πετρώματα. Τα πυριγενή πετρώματα της Ροδοπικής μάζας είναι πλουτωνικά και ηφαιστειακά. Οι πλουτωνίτες είναι κυρίως γρανίτες (μοσχοβιτικοί, βιοτιτικοί, κεροστιλβικοί), γρανοδιορίτες, μονζονίτες και διορίτες. Η ηλικία των πλουτωνιτών έχει υπολογιστεί 50-20Μα (Ηώκαινο-Ολιγόκαινο) και συνδέονται κυρίως με την εφελκυστική τεκτονική που έλαβε χώρα κατά την εξέλιξη όπως υποβύθισης όπως Νέο-Τυθύος κάτω από την ελληνική ενδοχώρα. Οι κυριότεροι Τριτογενείς πλουτωνικοί όγκοι είναι του Παγγαίου, του Συμβόλου Καβάλας, όπως Βροντούς, όπως Ξάνθης κ.α. Τα ηφαιστειακά πετρώματα της Ελληνικής Ροδόπης κατανέμονται σε δύο κύριες περιοχές εμφανίσεων. Μία, στην περιοχή Σαππών Φερρών του Έβρου και μία βόρεια της Ξάνθης Κομοτηνής στα ελληνοβουλγαρικά σύνορα. Η σύσταση αυτών κυμαίνεται από βασαλτική έως ρυολιθική (βασάλτες, ανδεσίτες, ρυόλιθοι, δακίτες) και σχηματίσθηκαν κατά την Τριτογενή εφελκυστική τεκτονική, όπως αναφέρθηκε στον πλουτωνισμό και είναι ηλικίας Ολιγοκαινική 35-25Μα. 85

86 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Σχήμα 5.1. Σχηματική τομή του νησιωτικού τόξου της Ροδόπης και την δημιουργία μαγματισμού από το Κάτω Κρητιδικό-Ολιγόκαινο (Burg J.-P, 2012) Ενότητα Νέας Μάκρης (Περιροδοπική Ζώνη) Η ενότητα της Νέας Μάκρης αποτελείται από χαμηλού βαθμού μεταμορφωμένα (πρασινοσχιστολιθικής φάσης), ηφαιστειο-ιζηματογενή πετρώματα ηλικίας Παλαιοζωικού-Μεσοζωικού και είναι η συνέχιση μέρους της Περιροδοπικής ζώνης στον χώρο της Ροδόπης. Τα πετρώματα που περιλαμβάνει η ενότητα της Μάκρης είναι πρασινοσχιστόλιθοι, μεταπυροκλαστικά υλικά, ψαμμίτες, κροκαλοπαγή, ασβεστόλιθοι και μάρμαρα. Η ενότητα αυτή εμφανίζεται περιστασιακά πάνω από τα υψηλού βαθμού μεταμορφωμένα πετρώματα του υποβάθρου της Ροδοπικής μάζας. Η επαφή αυτή είναι τεκτονική και εμφανίζεται ως ρήγμα εφελκυστικής αποκόλλησης (detachment). 86

87 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Σχήμα 5.2. Λιθοστρωματογραφική στήλη της ενότητας της Νέας Μάκρης Περιροδοπική (Meinhold, Kostopoulos, 2012) Τριτογενείς αποθέσεις (μεταηφαιστειο-ιζηματογενής σειρά) Η τριτογενής ακολουθία της λεκάνης της Θράκης αποτελείται από ηφαιστειακά και ιζηματογενή πετρώματα. Το πάχος αυτής της ακολουθίας είναι 2-3 km και υπέρκεινται του κρυσταλλοσχιστώδους υποβάθρου της Ροδόπης. Το κατώτερο τμήμα της ακολουθίας αποτελείται από κροκαλοπαγή ψαμμίτες μάργες και ιλυόλιθους. Στα ανώτερα τμήματα υπάρχουν ψαμμιτικές μάργες, τόφφοι, τοφφίτες και αδιαβάθμητα πυροκλαστικά (λαχάρ). Ολόκληρη η στρωματογραφική ακολουθία διαπερνάτε από πυροξενικούς και δακιτικούς ανδεσίτες. 87

88 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η γεωλογική κατασκευή της περιοχής συμπληρώνεται με μολασσικά ιζήματα Ηωκαινικής ηλικίας, λιμναίους και θαλάσσιους σχηματισμούς Πλειοκαινικής Μειοκαινικής ηλικίας και Τεταρτογενείς αποθέσεις Τεταρτογενείς αποθέσεις Τα τεταρτογενή ιζήματα αποτελούνται από αναβαθμίδες πλευρικών κορημάτων, αργιλικά κορήματα και μανδύες αποσάθρωσης. Αυτοί οι εδαφικοί σχηματισμοί καλύπτουν τους βραχώδεις σχηματισμούς. Οι εδαφικοί σχηματισμοί αποτέθηκαν στις τεκτονικές τάφρους και στις τεκτονικές ή μη αναβαθμίδες, οι οποίες δημιουργήθηκαν κατά θέσεις από τις μεγάλες ρηξιγενείς δομές που προκλήθηκαν από τα θλιπτικά και τα εφελκυστικά πεδία των τάσεων. Σχήμα 5.3. Σχηματική λιθοστρωματογραφική στήλη των Τριτογενών και Τεταρτογενών αποθέσεων. (Kilias, 2013) 88

89 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Τεκτονικές φάσεις Γενικά η μάζα της Ροδόπης εμφανίζεται με μία περίπλοκη τεκτονική που είναι αποτέλεσμα των έντονων τεκτονικών τάσεων που έδρασαν σε αυτή. Οι τεκτονικές φάσεις που έδρασαν στη περιοχής της Ροδοπικής μάζας είναι τέσσερις (4), ξεκινάνε από το Μεσοζωικό μέχρι σήμερα και διαμορφώνουν την σταδιακή εξέλιξη αλλά και την ποιοτική κατάσταση αυτής (Δημαράς, 2006). Φάση θλίψης συμπίεσης Εκδηλώθηκε κατά τη διάρκεια της ορογενετικής φάσης και είναι γνωστή με την ονομασία Αλπικές πτυχώσεις. Διακρίνονται δύο φάσεις πτυχώσεων: Η 1 η με διεύθυνση αξόνων (Β1) ΒΑ περίπου 50 ο, σχηματίζει τα μεγάλα σύγκλινα και αντίκλινα. Η 2 η με διεύθυνση αξόνων (Β2) ΒΔ περίπου 120 ο, που υπερκαλύπτουν τους Β1. Οι δύο πτυχογόνες φάσεις, εκδηλώθηκαν με μικρή χρονική διαφορά και έλαβαν χώρα κατά τη διάρκεια της γενικής μεταμόρφωσης. Φάση εφελκυστικών τάσεων Μετά το τέλος της ορογενετικής φάσης εκδηλώθηκε ένα πεδίο εφελκυσμών, το οποίο προκάλεσε μεγάλα κανονικά ρήγματα με σύγχρονες μετακινήσεις και βυθίσεις τεμαχών (Τριτογενή βυθίσματα). Η επικρατούσα γενική διεύθυνση των ρηγμάτων είναι ΑΒΑ-ΔΝΔ. Τέτοια ρήγματα εντοπίζονται στις βόρειες περιοχές ή κυρίως στις επαφές και στα κράσπεδα της Ροδοπικής μάζας. Φάση θλίψης συμπίεσης Η φάση αυτή εκδηλώθηκε κατά το τέλος του Ολιγόκαινου αρχές Μειόκαινου με μία γρανιτική-γρανοδιοριτική διείσδυση, η οποία πολυπτύχωσε τα ευπαθή στρώματα και προφανώς έδωσε τις τεκτονικές - επωθητικές κινήσεις, οι οποίες με την σειρά τους έδωσαν τα τεκτονικά παράθυρα κατά περιοχές. 89

90 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Νέα φάση εφελκυστικών τάσεων (Νεοτεκτονικό πεδίο τάσεων) Η αρχική δράση εκδηλώνεται κατά το Μέσο - Μειόκαινο και αποτέλεσε την αρχή για την ανάπτυξη της λεκάνης στην σημερινή της μορφή. Οι νεοτεκτονικές - εφελκυστικές τάσεις, στην περιοχή της Θράκης, συνεχίζουν να δρουν με αποτέλεσμα το πεδίο των τάσεων αυτών να έχει διεύθυνση ΒΑ- ΝΔ κατά το Πλειόκαινο - Κατώτερο Πλειστόκαινο και επίσης διεύθυνση σχεδόν Β-Ν κατά το Τεταρτογενές (Ανώτερο Πλειστόκαινο) (Παυλίδης, 1985). Την περίοδο αυτή, των εφελκυστικών - νεοτεκτονικών τάσεων, έχουμε την ανάπτυξη και εμφάνιση ρηγμάτων οριζόντιας μετατόπισης ή εφαπτομενικών - πλάγιων κανονικών, αριστερόστροφων ή δεξιόστροφων και επίσης κανονικών ρηγμάτων. Περιοχή μελέτης Σχήμα 5.5 Τεκτονικός χάρτης όπου διακρίνονται τα ίχνη των ρηγμάτων μετά από χαρτογράφηση. Τα ρήγματα με μαύρο χρώμα οφείλονται σε συμπιεστική τεκτονική, ενώ τα ρήγματα με άσπρο χρώμα σε εφελκυστική τεκτονική. (Kilias, 2013) 90

91 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 5.3 Γεωλογικές και λιθολογικές συνθήκες κατά μήκος του κάθετου άξονα 75 Κομοτηνή-Νυμφαία Γενικά Μετά την γενική επισκόπηση των γεωλογικών συνθηκών στην ευρύτερη περιοχή του έργου που ανήκει στη μάζα Ροδόπης και Περιροδοπική, ακολουθεί μια περιγραφή των γνευσιακών ενοτήτων για τις οποίες γίνεται λόγος και στο σύνολο της παρούσας διπλωματικής. Ο κάθετος οδικός άξονας της Εγνατίας Οδού που μελετάται βρίσκεται βορειοδυτικά της Κομοτηνής και έχει μήκος 23Km. Είναι ο κάθετος άξονας Κομοτηνή Νυμφαία Ελληνοβουλγαρικά σύνορα. Εικόνα 5.4. Χάρτης περιοχής μελέτης (Google Earth) Προαλπικό κρυσταλλικό υπόβαθρο περιροδοπικής μάζας, Ενότητα Σμιγάδας Κύμης. (Ανώτερη σειρά Γνευσίων) Η ενότητα Σμιγάδας - Κύμης, αναπτύσσεται στα νότια περιθώρια του Κρυσταλλικού υποβάθρου της Ροδοπικής μάζας, με μία λιθολογική σειρά γνευσίων, αμφιβολιτών - κεροστιλβιτών, μαρμάρων και με εμφανίσεις αστριτικών, πηγματιτικών - μοσχοβιτικών και οφειολιθικών σωμάτων (οφ+ab) και με διεισδύσεις 91

92 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ή αποφύσεις γρανιτικών όγκων (προαλπικών ή αλπικών πυριγενών). Οι γνεύσιοι είναι συνήθως διμαρμαρυγιακοί - σπανιότερα βιοτιτικοί γρανατούχοι ανοικτού χρώματος με διάφορες ορυκτολογικές παραγενέσεις. Eμφανίζονται τοπικά ως υγιείς αλλά κυρίως ως κερματισμένοι και αποσαθρωμένοι βραχώδεις σχηματισμοί, όπως ομοίως και οι κεροστιλβικοί γνεύσιοι - αμφιβολίτες, πράσινου - φαιού πράσινου χρώματος, με διάφορες παραγενέσεις ορυκτών. Η ενότητα Σμυγάδας - Κύμης, έχει υποστεί υψηλότερη μεταμόρφωση τύπου Barrow σε συνθήκες υψηλότερων θερμοκρασιών, σε σχέση με την υποκείμενη σειρά Προαλπικό κρυσταλλικό υπόβαθρο Ροδοπικής Μάζας. (Κατώτερη σειρά Γνευσίων) Οι λιθολογικοί - πετρολογικοί τύποι, που δομούν το μεταμορφωμένο - κρυσταλλοσχιστώδες υπόβαθρο, στο ΒΑ τμήμα της περιοχής ενδιαφέροντος, απ όπου διέρχεται ο άξονας της χάραξης, είναι οι ακόλουθοι: Γρανατούχοι διμαρμαρυγιακοί γνεύσιοι - επιδοτιτικοί βιοτιτικοί γνεύσιοι - αμφιβολίτες - λευκοκρατικοί γνεύσιοι (οφθαλμογνεύσιοι) - γρανιτογνεύσιοι - μάρμαρα και χλωριτικοί - βιοτιτικοί - κεροστιλβικοί γνευσιοσχιστόλιθοι. Οι γνεύσιοι εμφανίζονται με κυρίαρχη γενική διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ και διεύθυνση κλίσης ΝΑ αλλά και ενίοτε ΒΑ. Οι γνεύσιοι της Ροδοπικής μάζας, γενικά ευρίσκονται σε ασυμφωνία σχιστότητας με τους σχηματισμούς της Περιροδοπικής ζώνης, οι οποίοι εμφανίζονται με γενική διεύθυνση ΒΑ-ΝΔ με διεύθυνση μέγιστης κλίσης ιδίως ΒΔ. Εμφανίζονται σε διαρκείς στρωματογραφικές εναλλαγές, κυμαινόμενου πάχους και έκτασης εμφάνισης, με διάφορους χρωματισμούς, ανάλογα με το είδος των ορυκτολογικών παραγενέσεων που επικρατεί (σαλικά ή φεμικά). Τα επιμέρους ορυκτολογικά συστατικά (π.χ. πλαγιόκλαστα - ορθόκλαστα και βιοτίτες) έχουν υποστεί διάφορετικής μορφής εξαλλοιώσεις, όπως περθιτιώσεις, χλωριτιώσεις και σερικιτιώσεις. Ομοίως οι σχηματισμοί αυτοί έχουν υποστεί τύπου Barrowian μεταμόρφωση, μέσης αμφιβολιτικής φάσης. Το συμπέρασμα αυτό εξάγεται από παρατηρήσεις στις επιμέρους ορυκτολογικές παραγενέσεις. 92

93 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Τέλος, τονίζεται ότι στην σειρά αυτή της Ροδοπικής μάζας, οι αμφιβολίτες και οι αμφιβολιτικοί - χλωριτικοί γνευσιοσχιστόλιθοι, είναι γενικά περιορισμένης έκτασης και εντοπίζονται σε τοπικές διαστρώσεις - ενστρώσεις μέσα στους κυριαρχούντας διμαρμαρυγιακούς και βιοτιτικούς γνευσίους. Αυτή είναι σημαντική διαπίστωση και παρατήρηση, γιατί οι πετρολογικοί αυτοί σχηματισμοί δημιουργούν τα περισσότερα γενικά προβλήματα στις τεχνικές κατασκευές (π.χ. ορύγματα), όταν είναι έντονα σχιστοποιημένοι, εξαλλοιωμένοι, αρενιτοποιημένοι και αποσαρθρωμένοι, σε συνδυασμό με την ευνοϊκή σχιστότητα και την παρουσία νερών. 5.4 Τεκτονικές συνθήκες κατά μήκος του κάθετου άξονα Σύμφωνα με την μελέτη στην ύπαιθρο αλλά και με τα διαθέσιμα στοιχεία της μελέτης του κ. Δημαρά προκύπτουν κάποια χρήσιμα συμπεράσματα σε σχέση με την τεκτονική της περιοχής. Το κύριο επίπεδο σχιστότητας (S-) των μεταμορφωμένων λιθολογικών σχηματισμών, του προαλπικού υπόβαθρου, εμφανίζεται με κύρια και βασική διεύθυνση προσανατολισμού ΑΒΑ ΔΝΔ με διεύθυνση μέγιστης κλίσης ΝΝΑ και με γωνία κλίσης της τάξης των 40 ο -50 ο περίπου. Εξαιρέσεις αποτελούν οι διαφοροποιήσεις στην σχιστότητα (S-) λόγω κυρίως των ανοικτών κυματοειδών πτυχών, οι οποίες μεταβάλλουν τη διεύθυνση μέγιστης κλίσης και το μέτρο κλίσης των S-επιπέδων ιδίως στους ανώτερους και κατώτερους ορίζοντες των μεταμορφωμένων. Η μικρή γενικά μεταβλητότητα στη διεύθυνση μεγίστης κλίσης των S-επιπέδων οφείλεται στο συμπαγές της Ροδοπικής γνευσιακή βραχόμαζας, η οποία παρέμεινε σχεδόν απαραμόρφωτη από την δράση και την επιρροή των πτυχογόνων κυρίως θλιπτικών τάσεων. Τα κύρια συστήματα των διαρρήξεων (J), εμφανίζονται με διευθύνσεις προσανατολισμού Β-Ν, ΑΒΑ-ΔΝΔ και ΒΔ-ΝΑ, με συζυγείς συνήθως μορφές. Επικρατούσα είναι η ΒΔ - ΝΑ διεύθυνση προσανατολισμού. Όλα τα κύρια συστήματα εμφανίζονται με μεγάλο μέτρο κλίσης (67-90 ). Οι διεπιφάνειες των διαρρήξεων (J) είναι κλειστές τραχείες μέσου έως ικανού μήκους, με μέση έως πυκνή περιοδικότητα επανάληψης χωρίς υλικό πλήρωσης συνήθως. 93

94 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Οι διαρρήξεις (J) με διεύθυνση προσανατολισμού Β-Ν και ΑΒΑ-ΔΝΔ, είναι συνήθως εφελκυστικές ενώ οι διαρρήξεις (J) με διεύθυνση προσανατολισμού ΒΔ-ΝΑ είναι εφελκυστικές και θλιπτικές. Τα κύρια συστήματα των ρηγμάτων (F) που εντοπίσθηκαν, εμφανίζονται με διευθύνσεις προσανατολισμού Α-Δ και ΑΒΑ-ΔΝΔ. Συνήθως αυτά είναι κανονικά έως πλαγιοκανονικά ρήγματα με συζυγείς ή μη μορφές, τα οποία οφείλονται κυρίως σε εφελκυσμούς. Δεν παρατηρούνται μεγάλες και ορατές τεκτονικές δομές στην μεταμορφωμένη Ροδοπική μάζα, τουλάχιστον επιφανειακά ενώ εκτιμάται ότι θα υφίστανται ικανές σε πλήθος και μέγεθος διατμητικές ζώνες (shear zone) κυρίως στα ευπαθή και «ασθενή» μέλη της γνευσιακής ακολουθίας. Έντονος τεκτονισμός, με εμφανή κυρίως τα κανονικά και τα ανάστροφα ρήγματα επικρατεί στα κρασπεδικά περιθώρια της Ροδοπικής μάζας (Περιροδοπική μάζα - ενότητα Σμιγάδας - Κύμης). 94

95 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 5.5 Γεωμορφολογικές συνθήκες Οι γεωμορφολογικές και παλαιογεωγραφικές συνθήκες της περιοχής του έργου είναι άρρηκτα συνδεδεμένες με τις γεωλογικές - λιθολογικές - τεκτονικές και τις υδρογεωλογικές συνθήκες, οι οποίες με τη δυναμική τους μετέβαλλαν αναλόγως κατά περιοχή το γεωμορφολογικό ανάγλυφο. Ο άξονας της χάραξης διέρχεται προφανώς από πεδινές, λοφώδεις, ημιορεινές και καθαρά ορεινές περιοχές και κινείται παράλληλα έως σχεδόν παράλληλα προς τα τρία ή τέσσερα βασικά και πρωτεύοντα μεγάλα ρέματα της περιοχής (Τυχερόρεμα, Καρυδόρεμα, Κοκκινόρεμα και Σολομώντος ρέμα), ενώ τέμνει κάθετα συνήθως τους δευτερεύοντες κλάδους και τις τριτεύουσες ή τεταρτεύουσες απολήξεις αυτών. Πιο συγκεκριμένα έχουμε: Από Χ.Θ έως Χ.Θ , η χάραξη κινείται σε έδαφος ομαλό λοφώδεςημιορεινό, με ήπιες γενικά εγκάρσιες κλίσεις, ιδίως στην περιοχή από Χ.Θ έως Χ.Θ και από Χ.Θ έως Χ.Θ , το υψόμετρο της οποίας ανέρχεται από το +120 στο +360 περίπου. Από την Χ.Θ έως και το πέρας της χάραξης, Χ.Θ , η χάραξη κινείται σε ορεινό, έως εντονότατο ορεινό μορφολογικό ανάγλυφο και σε υψόμετρο, από το +320 στο +750 περίπου. Στην περιοχή αυτή παρατηρούνται έντονες γενικά εγκάρσιες κλίσεις, ιδίως στην περιοχή από Χ.Θ έως Χ.Θ Γενικά οι κύριοι παράγοντες που επέδρασαν στην γεωμορφολογική εξέλιξη του αναγλύφου, είναι ο πολυποίκιλος τεκτονισμός, η διαβρωτική - αποσαρθρωτική δράση των μεγάλων ρεμάτων, που αναπτύσσονται στην περιοχή καθώς και η ισχυρή ανομοιογένεια των επί μέρους λιθολογικών τύπων, όσον αφορά βέβαια στην προέλευσή τους, στην σκληρότητά τους και την αντοχή τους έναντι των εξωγενών διαβρωτικών παραγόντων. Τέλος, η δασοφυτοκάλυψη, η οποία αναπτύσσεται στον μανδύα αποσάρθρωσης, με το πυκνό δίκτυο του ριζικού συστήματος, εμποδίζει την διάβρωση και δημιουργεί αγκύρωση με το υγιές βραχώδες υπόβαθρο. 95

96 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 5.6 Σεισμικότητα της ευρύτερης περιοχής του έργου Γενικά η μάζα της Ροδόπης, αλλά και η ευρύτερη περιοχή που περικλείει τον άξονα 75, είναι πολύ πτωχή σε σεισμικά επίκεντρα, γι αυτό και θεωρείται «ασεισμική»- «λευκή». Η σεισμικότητα της περιοχής δεν είναι ιδιαίτερα σημαντική, όπως φαίνεται και στον παρακάτω χάρτη, όπου δίδονται τα επίκεντρα των μεγάλων σεισμών, που έγιναν στον ελληνικό χώρο και τις γύρω περιοχές, από το Η ευρύτερη περιοχή, από άποψη σεισμικότητας κατατάσσεται στην ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας Ι, (εικόνα 5.5) με επιτάχυνση σχεδιασμού a=0.16m/s 2. Πρέπει όμως να σημειωθεί, ότι περιοχές που θεωρούνταν μέχρι πρότινος «ασεισμικές», ξαφνικά παρουσίασαν σεισμική διέγερση, με έκλυση υψηλής σεισμικής ενέργειας. Αυτό προφανώς οφείλονταν σε καθαρά τεκτονικά αίτια (π.χ. επαναδραστηριοποίηση παλαιών τεκτονικών δομών). Περιοχή μελέτης Εικόνα 5.5 Χάρτης γεωγραφική κατανομής σεισμικών επικέντρων ανάλογα με το μέγεθος στην ευρύτερη περιοχή της Ελλάδας την περίοδο (Μελή 2012) 96

97 ΚΕΦ. 5 ΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Περιοχή μελέτης Εικόνα 5.6 Χάρτης σεισμικής επικινδυνότητας (EAK, 2003) 97

98 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ο ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 6.1 Γενικά Οι γνευσιακές βραχόμαζες έχει γενικά επικρατήσει να θεωρούνται ως συμπαγείς σχηματισμοί, μεγάλης αντοχής, κυρίως λόγω της άρρηκτης δομής που συχνά παρουσιάζουν σε πολλά μέρη της γης. Παρόλα αυτά, υπάρχουν περιπτώσεις βραχομαζών που μπορεί να είναι πολύ πτωχή ποιότητας λόγω της ιδιότητας τους να αποσαθρώνονται έντονα υπό συγκεκριμένες συνθήκες και λόγω της ενδογενούς γνευσιακής υφής. Οι βραχόμαζες αυτές σύμφωνα με (Μαρίνος, 2007) απαντώνται σε περιβάλλον έντονου τεκτονισμού και ετερογένειας. Ανάλογα με το βαθμό αποσάθρωσης μπορεί να είναι: Υγιής, χωρίς ενδείξεις αποσάθρωσης. Ελαφρώς αποσαθρωμένη όπου η αποσάθρωση έχει περιοριστεί στην επιφάνεια. Μετρίως αποσαθρωμένη όπου η αποσάθρωση εκτείνεται σε όλη τη βραχόμαζα χωρίς όμως τα βραχώδη τεμάχη να είναι εύθρυπτα. Πολύ αποσαθρωμένη, όπου η αποσάθρωση επεκτείνεται σε όλη τη βραχόμαζα έχοντας τεμαχίσει και αποχωρίσει πολλά τεμάχη μεταξύ τους και τα βραχώδη τεμάχη να είναι εν μέρει εύθρυπτα. Πλήρως αποσαθρωμένη, όπου η βραχόμαζα έχει αποσυντεθεί σε μεγάλο βαθμό και είναι πολύ εύθρυπτη χωρίς όμως να χάνεται η συνολική δομή. Υπολειμματικό έδαφος, όταν η βραχόμαζα είναι ακόμα περισσότερο αποσαθρωμένη και θα πρέπει να αξιολογείται με βάση της αρχές της εδαφομηχανικής και όχι της βραχομηχανικής. Συνεπώς οι ιδιότητες της βραχόμαζας, μπορεί να κυμαίνονται από πολύ καλές έως πολύ πτωχές ανάλογα με το βαθμό κερματισμού-τεκτονισμού, τον βαθμό αποσάθρωσης και της παρουσίας δευτερογενών αργιλικών υλικών. 98

99 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Έτσι λοιπόν, ο γνεύσιος μπορεί να διαμορφώνει ασθενείς και σύνθετες βραχόμαζες σύμφωνα με τα παρακάτω τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά: Σύνθετη βραχόμαζα: Μη ομαλή στρωματογραφική-γεωλογική εξάπλωση των διαφόρων λιθολογικών αλλά και τεχνικογεωλογικών (αποσάθρωσης ή/και τεκτονικής διαταραχής) μορφών του. Οι επαφές των διαφόρων τύπων του είναι δύσκολα προβλέψιμες. 6.2 Μη ομαλή στρωματογραφική-γεωλογική εξάπλωση των γνευσιακών επαφών. Όλο το σύστημα εμφανίζεται πολλαπλά διαρρηγμένο και ο βαθμός αποσάθρωσης ποικίλλει από θέση σε θέση. Επίσης, οι γρανιτικές διεισδύσεις έχουν δημιουργήσει σύνθετες επαφές και έχουν μεταβάλει γνευσιακά πετρώματα σε γρανιτογνευσιακά ή γνευσιογρανιτικά. Λόγω του έντονου τεκτονισμού, με τη δημιουργία πολλαπλών ζωνών ρηγματώσεως, της κατά βάθος αποσάθρωσης που διευκολύνεται από τις ζώνες αυτές αλλά και των γρανιτικών διεισδύσεων προκύπτουν επαφές ακανόνιστες όπου γνευσιακά πετρώματα με ποικίλο βαθμό αποσάθρωσης και κερματισμού εναλλάσσονται σε λίγα μέτρα με αποτέλεσμα να συναντώνται μικτές συνθήκες. Ασθενής βραχόμαζα Αποσάθρωση του άρρηκτου βράχου αλλά και της βραχόμαζας. Έντονη παρουσία δευτερογενών (λόγω αποσάθρωσης) αργιλικών ορυκτών. Τεκτονική καταπόνηση Κατακερματισμένη βραχόμαζα Σχιστοποιημένη διατμημένη κατά θέσεις φυλλώδης βραχόμαζα 6.3 Αποσάθρωση του άρρηκτου βράχου και της βραχόμαζας. Η ορυκτολογική σύσταση των γνευσιακών πετρωμάτων και η γνευσιακή υφή διαμορφώνουν ποικίλα προφίλ αποσάθρωσης. Η έντονη παρουσία αστρίων και η ύπαρξη ασυνεχειών παράγουν αποσαθρωμένες βραχόμαζες με αργιλο-αμμώδες υλικό περιορισμένο είτε στις ασυνέχειες είτε διαχωρίζοντας περαιτέρω τη βραχόμαζα. 99

100 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η αποσάθρωση χαλαρώνει και αποδιοργανώνει σταδιακά τη βραχόμαζα κατά μήκος της γνευσιακής σχιστότητας και των διακλάσεων και έτσι η βραχόμαζα εκδηλώνει το έμφυτό της χαρακτηριστικό ως αδυναμία. Σε αποσαθρωμένη ζώνη, η απόσταση των ασυνεχειών κάθετα στη φύλλωση μπορεί να είναι της τάξης των λίγων εκατοστών και οι επιφάνειες φύλλωσης (κυρίως) να είναι επιχρισμένες με άργιλο. Στην πλήρη αποσαθρωμένη μορφή η βραχόμαζα αποχωρίζεται με ταινιωτή δομή από την παρουσία της αργίλου και με υπολειμματικά τεμάχη με αποτέλεσμα να είναι πολύ εύθρυπτη διατηρώντας όμως λίγο πολύ την αρχική δομή της. Οι επιφάνειες αυτές έχουν χαμηλή διατμητική αντοχή. Σε λιγότερο αποσαθρωμένες μορφές, ο διαχωρισμός αυτός είναι λιγότερο έντονος και η χημική αποσάθρωση μικρότερη με αποτέλεσμα η βραχόμαζα να αποτελείται από τεμάχη με καλύτερη αλληλεμπλοκή και τριβή λόγω της μικρότερης παρουσίας αργιλικών υλικών αποσάθρωσης. Η αποσάθρωση όταν είναι έντονη αλλοιώνει και τη φύση των άρρηκτων τεμαχών με αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά η αντοχή τους. 6.4 Έντονη παρουσία δευτερογενών (λόγω αποσάθρωσης) αργιλικών ορυκτών. Η αποσάθρωση της γνευσιακής βραχόμαζας, ιδιαιτέρως όταν είναι έντονη, παράγει αργιλικά ορυκτά (πχ. καολινίτης). Ανάλογα με τον βαθμό αποσάθρωσης η παρουσία αυτή διαφοροποιείται. Όταν η βραχόμαζα είναι ελαφρώς έως μέτρια αποσαθρωμένη η παρουσία εκτείνεται κυρίως στις ασυνέχειες και ελάχιστα μόνο στη βραχόμαζα (κατά μήκος της γνευσιακής υφής). Στην περίπτωση αυτή τα διατμητικά χαρακτηριστικά των ασυνεχειών μειώνονται και χαρακτηρίζονται λιγότερο ή περισσότερο από τα μηχανικά χαρακτηριστικά του υλικού αυτού ανάλογα με το πάχος τους μέσα στις ασυνέχειες. Έτσι η βραχόμαζα αυτή δεν περιλαμβάνει μόνο ασυνέχειες αλλά και ζώνες αργιλοποιημένες. Η δομή στην περίπτωση αυτή μπορεί να μην αλλάζει αλλά ανοίγει και χαλαρώνει και τα τεμάχη της βραχόμαζας αποκτούν πολύ μικρότερο βαθμό αλληλοκλειδώματος. Όταν η βραχόμαζα είναι πολύ έως πλήρως αποσαθρωμένη η παρουσία της αργίλου είναι πολύ έντονη κατά μήκος της φύλλωσης όσο και επί των ασυνεχειών με σημαντικό πάχος. Η αργιλοποίηση δεν επιδρά πλέον μόνο στις ασυνέχειες αλλά και στις ιδιότητες του άρρηκτου βράχου. 100

101 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 6.5 Τεκτονική καταπόνηση Η τεκτονική καταπόνηση επιδρά στην ποιότητα της βραχόμαζας και στον τύπο της δομής. Επίσης, ο τεκτονισμός επιδρά σημαντικά και στο βαθμό αποσάθρωσης. Γενικά, στα μικρά έως μέτρια βάθη ο κερματισμός και η αποσάθρωση είναι δύο έννοιες αλληλένδετες. Η δομή της βραχόμαζας σπάνια μπορεί να είναι πολύ κερματισμένη και να μην παρουσιάζει αποσάθρωση, εκτός και αν απαντάται σε βάθος. Επίσης όταν η γνευσιακή βραχόμαζα είναι σχιστώδης και έχει δεχθεί πολύ έντονη διάτμηση μπορεί να εμφανίζεται φυλλοποιημένη-διατμημένη. Πέρα από τη δομή και την αποσάθρωση, οι κερματισμένες ζώνες επιδρούν ιδιαίτερα αλλά τοπικά και στην περατότητα της βραχόμαζας καθώς αποτελούν άξονες αποστράγγισης όταν όμως δεν είναι έντονα αποσαθρωμένες. Τέλος, σημειώνεται ότι το γνευσιοσχιστολιθικό σύστημα ενδέχεται να διασχίζεται από συχνές απλιτογρανιτικές φλέβες ή διεισδύεις, γεγονός που διαταράσσει πρόσθετα τη βραχώδη δομή του. Οι απλιτογρανίτες αυτοί συνήθως συναντώνται αρκετά κερματισμένοι έως αποδομημένοι και είναι έντονα αποσαθρωμένοι. Εικόνα 6.1. Υγιής γνευσιακή βραχόμαζα με χαρακτηριστική πτυχωμένη δομή, ενδεικτικό του τεκτονισμού. (Δημαράς, 2006) 101

102 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 6.6 Εργαστηριακές δοκιμές άρρηκτου βράχου Στο παρόν υποκεφάλαιο παρουσιάζεται η διαδικασία κατά την οποία εκτελέστηκε το Point load test (PLT) στο εργαστήριο. Σκοπός αυτού ήταν να βρεθεί η μονοαξονική θλιπτική αντοχή σ ci από δείγματα που συλλέχθηκαν στην περιοχή μελέτης και να συγκριθούν με τα αποτελέσματα της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής της τεχνικογεωλογικής μελέτης της Εγνατίας Οδού. Αρχικά έγινε συλλογή κατάλληλων δειγμάτων από την περιοχή έρευνας μελέτης. Στη συνέχεια τα δείγματα αυτά μεταφέρθηκαν στο εργαστήριο και ακολούθησε περιγραφή των δειγμάτων σε σχέση με την αποσάθρωση, τον κερματισμό και μετρήθηκαν οι διαστάσεις τους (μήκος, ύψος, πλάτος, Εικόνα 6.2). Θεωρήθηκε στο σύνολο των δειγμάτων ότι το μήκος είναι η μεγαλύτερη διάσταση στο εκάστοτε δείγμα. Αφού ολοκληρώθηκε αυτή η διαδικασία τα διαστασολογημένα δείγματα τοποθετήθηκαν μεταξύ των κωνικών άκρων της σημειακής φόρτισης μέχρις ότου παρουσιαστεί θραύση στο δοκίμιο. Η τιμή της θραύσης καταγραφόταν για το κάθε δοκίμιο. Μετά την εκτέλεση της δοκιμής προέκυψε ο δείκτης σημειακής φόρτισης, στη συνέχεια ο ανηγμένος δείκτης σημειακής φόρτισης και τέλος η μονοαξονική θλιπτική αντοχή σύμφωνα με το τυπολόγιο. Παρακάτω αναλύονται τα ιστογράμματα από το σύνολο των εργαστηριακών δοκιμών που προέκυψαν από το εργαστήριο αλλά και από την μελέτη του κ. Δημαρά. Εικόνα 6.2 Περιγραφή και διαστασολόγηση του εκάστοτε δείγματος γνευσιακής βραχόμαζα από την περιοχή μελέτης 102

103 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Γεωτεχνική αξιολόγηση εργαστηριακών δοκιμών άρρηκτου βράχου Στο παρόν υποκεφάλαιο παρουσιάζονται οι σχετικές συχνότητες με την μορφή ιστογραμμάτων για τις εργαστηριακές δοκιμές βραχομηχανικής οι οποίες περιλαμβάνουν, την μονοαξονική θλιπτική αντοχή σ ci, το μέτρο ελαστικότητας Ε, τον δείκτη σημειακής φόρτισης Is(50). Τέλος παρουσιάζονται και η σχετική συχνότητα του δείκτη κερματισμού RQD, του δείκτη γεωλογικής αντοχής GSI, καθώς και του RMR. Επίσης, γίνεται μια παρουσίαση των ταξινομήσεων σε συνάρτηση με το βάθος της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci του δείκτη κερματισμού RQD, καθώς και του δείκτη γεωλογικής αντοχής GSI. Τα δεδομένα των εργαστηριακών δοκιμών προέρχονται από το εργαστήριο και από τα μητρώα γεωτρήσεων της τεχνικογεωλογικής μελέτης της Εγνατίας Οδού και αφορούν αποκλειστικά τη γνευσιακή βραχόμαζα. Ιστόγραμμα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci γνευσίου 25 Ν= % Συχνότητα Τιμές μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής Ιστόγραμμα 6.1 Σχετική συχνότητα της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω ιστόγραμμα απεικονίζεται η σχετική συχνότητα της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σε ένα πλήθος δειγμάτων (Ν=75). Οι τιμές στο ιστόγραμμα κυμαίνονται από 10 MPa έως 74 ΜPa. O μέσος όρος των παραπάνω δειγμάτων είναι 34,27 MPa. Παρατηρείται ότι η μεγαλύτερη συχνότητα τιμών κυμαίνεται από 10-30ΜPa. Η μικρότερη συχνότητα παρατηρείται γύρω στα MPa. Επίσης, δεν υπάρχουν πολύ χαμηλές τιμές σ ci (<10MPa), ούτε πολύ υψηλές (>80ΜPa). 103

104 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Σύμφωνα με το ιστόγραμμα η γνευσιακή βραχόμαζα παίρνει ένα πλήθος τιμών αντοχής και μπορεί να περιγραφεί από ασθενές έως ισχυρό πέτρωμα. (Πίνακας 6.1). Η μεγαλύτερη όμως συχνότητα καταγράφεται σε τιμές από ΜPa., οπότε χαρακτηρίζεται κατά κύριο λόγο ασθενές έως μέτρια ισχυρό. Γνωρίζουμε όμως βιβλιογραφικά πως οι τιμές της μονοαξονική θλιπτικής αντοχής για την γνευσιακή βραχόμαζα είναι μεγαλύτερες από αυτές που παρατηρούνται (>100 MPa). Συνεπώς, στην συγκεκριμένη περίπτωση η αντοχή της βραχόμαζας είναι αρκετά μικρότερη σε σχέση με αυτό που γνωρίζουμε από την βιβλιογραφία. Αυτό οφείλεται κυρίως στην έντονη αποσάθρωση που παρατηρείται σε μεγάλο βαθμό στην περιοχή - μελέτης. Πίνακας 6.1 Κατηγορίες πετρωμάτων με βάση την αντοχή (κατά ISRM, 1981) Παρακάτω ακολουθεί ένα διαχωρισμός του ιστογράμματος της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σε δύο διαγράμματα, το ένα για τιμές σ ci 0-40MPa και το άλλο για τιμές σ ci >40MPa Ιστόγραμμα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci για τιμές 0-40ΜPa 25 Ν= % Τιμές μονοαξονική θλιπτικής αντοχής Ιστόγραμμα 6.2 Σχετική συχνότητα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci για τιμές 0-40MPa 104

105 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Ιστόγραμμα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σci για τιμές 50-90ΜPa Ν= % Τιμές μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής Ιστόγραμμα 6.3 Σχετική συχνότητα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci για τιμές 50-90MPa Ιστόγραμμα μέτρου ελαστικότητας Ε γνευσίου Ν=31 % Συχνότητα Τιμές Μέτρου Ελαστικότητας Ιστόγραμμα 6.4 Σχετική συχνότητα του μέτρου Ελαστικότητας Ε σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω ιστόγραμμα η μεγαλύτερη συχνότητα παρατηρείται μεταξύ των τιμών 5-10GPa. Η μικρότερη τιμή είναι 2,76 GPa και η μεγαλύτερη τιμή είναι GPa. O μέσος όρος των παραπάνω τιμών είναι 10,88 GPa. 105

106 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Ιστόγραμμα Ιs(50) γνευσίου 35 Ν= % Συχνότητα Τιμές δείκτη σημειακής αντοχής Ιστόγραμμα 6.5 Σχετική συχνότητα του δείκτη σημειακής φόρτισης Is (50) σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω ιστόγραμμα η μεγαλύτερη τιμή του δείκτη σημειακής φόρτισης είναι 4,49 Is (50) ενώ η μικρότερη 0.12 Is (50). Μεγαλύτερη συχνότητα εμφανίζουν οι τιμές 0-1 Is (50). και ακολουθούν οι τιμές 1-2 Is (50). Σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα οι τιμές με την μεγαλύτερη συχνότητα ανήκουν στην κατηγορία R2 και R3 όπου αντίστοιχα ο χαρακτηρισμός είναι ασθενές έως ελαφρά ισχυρό. Πίνακας 6.2: Χαρακτηρισμός πετρωμάτων σχετικά με την αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη και την αντοχή σε σημειακή φόρτιση, (Brown 1981) 106

107 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Ιστόγραμμα μονοαξονικης θλιπτικής αντοχής από PLT Ν= % Τιμές μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής Ιστόγραμμα 6.6 Σχετική συχνότητα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής από PLT σε γνευσιακή βραχόμαζα (από μελέτη Εγνατίας Οδού). Στο παραπάνω ιστόγραμμα απεικονίζεται η συχνότητα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci ύστερα από την δοκιμή Point Load Test (PLT) σύμφωνα με τις τιμές του δείκτη σημειακής φόρτισης από την τεχνικογεωλογική μελέτη (Δημαράς, 2006). Η μεγαλύτερη τιμή μονοαξονικής αντοχής είναι 107MPa ενώ η μικρότερη 2,9ΜPa. Ιστόγραμμα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci από PLT 35 Ν= % Συχνότητα Τιμές Μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής από PLT Ιστόγραμμα 6.7 Σχετική συχνότητα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής από PLT σε γνευσιακή βραχόμαζα στο εργαστήριο. 107

108 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Στο παραπάνω ιστόγραμμα απεικονίζεται η συχνότητα μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci ύστερα από την δοκιμή Point Load Test (PLT) στο εργαστήριο. Έτσι λοιπόν προκύπτει ότι, η μεγαλύτερη τιμή είναι 87,61 ΜPa ενώ η μικρότερη είναι 8,2 ΜPa. Μεγαλύτερη συχνότητα παρουσιάζουν οι τιμές μεταξύ MPa. και ακολουθούν οι τιμές ΜPa. Συμφωνά με αυτές τις τιμές μπορούμε να κατατάξουμε το πέτρωμα στην κατηγορία ισχυρό. Στη συνέχεια γίνεται η παρουσίαση της ταξινόμηση της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci σε συνάρτηση με το βάθος. 0 Μονοαξονική θλιπτική αντοχή σ ci (Μpa) Ν= Βάθος (m) Διάγραμμα 6.1 Ταξινόμηση αποτελεσμάτων της μοναξονικής θλιπτικής αντοχής σ ci συνάρτηση με το βάθος σε γνευσιακή βραχόμαζα. σε Στο παραπάνω διάγραμμα απεικονίζονται οι τιμές της μονοαξονικής θλιπτικής αντοχής σε συνάρτηση με το βάθος. Παρατηρείται ότι δεν μπορεί να εξαχθεί κάποιο συμπέρασμα για διάκριση των τιμών στην επιφάνεια και στο βάθος. Πρόκειται για ένα διάσπαρτο πλήθος τιμών. Ωστόσο οι μεγαλύτερες τιμές σ ci παρατηρούνται σε βάθη μεγαλύτερα των 10m. 108

109 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Γεωτεχνική αξιολόγηση του δείκτη κερματισμού της βραχόμαζας (RQD) Ιστόγραμμα δείκτη κερματισμού RQD N= % 10 Συχνότητα Τιμές δείκτη κερματισμού Ιστόγραμμα 6.8 Σχετική συχνότητα του δείκτη κερματισμού RQD σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω ιστόγραμμα απεικονίζεται η κατανομή της συχνότητας RQD από ένα σύνολο 45 γεωτρήσεων στην περιοχή έρευνας. Παρατηρείται ότι παίρνει ένα πλήθος τιμών από Η μεγαλύτερη συχνότητα τιμών παρατηρείται στα 0-10, δηλαδή σε πολύ χαμηλές τιμές RQD. Αυτές οι πολύ χαμηλές τιμές οφείλονται κυρίως σε ζώνες έντονης αποσάθρωσης και σε ζώνες διάτμησης (shear zones) οι οποίες συναντώνται αρκετά στην περιοχή μελέτης. Πολύ υψηλές τιμές του δείκτη κερματισμού (RQD>80) δεν παρατηρούνται εκτός από μεμονωμένες περιπτώσεις. Στη συνέχεια γίνεται η παρουσίαση της ταξινόμησης του δείκτη κερματισμού RQD σε συνάρτηση με το βάθος. 109

110 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 0 5 RQD N= Βάθος (m) Διάγραμμα 6.2 Ταξινόμηση αποτελεσμάτων του δείκτη κερματισμού σε συνάρτηση με το βάθος σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω διάγραμμα απεικονίζονται οι τιμές του δείκτη κερματισμού της βραχόμαζας σε συνάρτηση με το βάθος. Και σε αυτή την περίπτωση παρατηρείται ένα διάσπαρτο πλήθος τιμών από το οποίο δεν μπορεί να γίνει κάποια διάκριση των τιμών σε επιφάνεια και βάθος. Χαρακτηριστικό είναι οι μηδενικές τιμές RQD που εμφανίζονται τόσο σε επιφανειακά τμήματα όσο και σε βαθύτερα. Όπως προαναφέραμε αυτές οι τιμές οφείλονται σε ζώνες αποσάθρωσης και σε ζώνες διάτμησης. 110

111 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 6.7 Γεωτεχνική αξιολόγηση της ποιότητας της βραχόμαζας-γεωλογικός δείκτης αντοχής GSI και RMR Ιστόγραμμα δείκτη γεωλογικής αντοχής GSI Ν= % 20 Συχνότητα Τιμές δείκτη γεωλογικής αντοχής Ιστόγραμμα 6.9 Σχετική συχνότητα του δείκτη γεωλογική αντοχής GSI σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω ιστόγραμμα απεικονίζεται η σχετική συχνότητα του δείκτη γεωλογικής αντοχής GSI από τα μητρώα των 45 γεωτρήσεων με το βάθος, της τεχνικογεωλογικής μελέτης της Εγνατίας Οδού. Η μεγαλύτερη τιμή GSI είναι 65 ενώ η μικρότερη 35. Η μεγαλύτερη συχνότητα παρατηρείται για GSI και αμέσως μετά ακολουθούν οι τιμές Επίσης δεν υπάρχουν πολύ χαμηλές τιμές GSI (<30) ούτε πολύ υψηλές (>70). Σύμφωνα με τις παραπάνω τιμές η δομή της βραχόμαζας που συναντάτε περισσότερο είναι πολύ κερματισμένη και η αποσάθρωση των ασυνεχειών κυμαίνεται από μέτρια-καλή. Βεβαίως στην περιοχή μελέτης υπάρχουν δομές όπου η ποιότητα της βραχόμαζας είναι πολύ πτωχή, ισχυρά κερματισμένη και έντονα αποσαθρωμένη γεγονός όπου δεν μπορεί να εφαρμοστεί ο δείκτης γεωλογικής αντοχής καθώς δεν υπάρχουν ασυνέχειες στο πέτρωμα. Αυτές οι δομές παρατηρούνται κυρίως σε ζώνες έντονης αποσάθρωσης και σε ζώνες διάτμησης (shear zones) που αναφέραμε και παραπάνω. Τέλος, δεν παρατηρούνται δομές γνευσιακής βραχόμαζας με λιγότερες από 3 οικογένειες ασυνεχειών κατά μήκος του οδικού άξονα. 111

112 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Ιστόγραμμα RMR γνευσίου Ν= % 40 Συχνότητα Ιστόγραμμα 6.10 Σχετική συχνότητα του δείκτη RMR σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω ιστόγραμμα απεικονίζεται η σχετική συχνότητα του RMR στην επιφάνεια σύμφωνα με τα στοιχεία της μελέτης. Η μικρότερη τιμή είναι 45,5 ενώ η μεγαλύτερη είναι 62,5. Φαίνεται ότι η μεγαλύτερη κατανομή συχνότητας με μεγάλη διαφορά είναι μεταξύ των τιμών Σύμφωνα με τον χαρακτηρισμό του παρακάτω πίνακα πρόκειται για βραχόμαζα μέτριας ποιότητας. Πίνακας 6.3: Ποιότητα βραχόμαζας σύμφωνα με την γεωτεχνική ταξινόμηση RMR Τάξη βραχόμαζας Ποιότητα βραχόμαζας RMR Ι Πολύ καλή ΙΙ Καλή ΙΙΙ Μέτρια ΙV Φτωχή V Πολύ φτωχή 0-20 Στη συνέχεια γίνεται η παρουσίαση της ταξινόμησης του γεωλογικού δείκτη αντοχής GSI σε συνάρτηση με το βάθος. 112

113 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 0,00 είκτης γεωλογικής αντοχής GSI Ν=59 5,00 10,00 Βάθος (m) 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 Διάγραμμα 6.3 Ταξινόμηση αποτελεσμάτων του δείκτη γεωλογικής αντοχής GSI σε συνάρτηση με το βάθος σε γνευσιακή βραχόμαζα. Στο παραπάνω διάγραμμα απεικονίζονται οι τιμές του δείκτης γεωλογικής αντοχής GSI σε συνάρτηση με το βάθος. Παρατηρείται το πλήθος των τιμών που κυμαίνεται από GSI Και σε αυτή την περίπτωση δεν μπορεί να γίνει κάποια διάκριση των τιμών σε επιφανειακά και βαθύτερα τμήματα, αποτέλεσμα της έντονης τεκτονικής καταπόνησης και αποσάθρωσης στην περιοχή. Πίνακας 6.4 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα μικρότερου, μεγαλύτερου, μέσου όρου και τυπικής απόκλισης για καθένα ξεχωριστά από τα μητρώα γεωτρήσεων. GSI RMR RQD σ ci Is (50) Ei MIN 35,00 45,50 0, ,12 2,76 MAX 65,00 62,50 100, MEAN , , STDEVPA 9,80 3,71 26, ,

114 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 6.8 Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά ανά τύπο βραχόμαζας Γενικά Για την αξιολόγηση των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών τους οι γνευσιακές βραχόμαζες διακριτοποιήθηκαν και ομαδοποιήθηκαν σε συγκεκριμένους τύπους λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Οι τύποι των γνευσιακών βραχομαζών όπως παρουσιάζονται στον Πίνακα 6.5 είναι συνολικά οκτώ. Ωστόσο, στην περιοχή μελέτης οι τύποι γνευσιακής βραχόμαζας που εντοπίστηκαν είναι πέντε. Οι παρακάτω περιγραφές των τεχνικογεωλογικών τύπων προέρχονται από (Μαρίνος, 2007). Πίνακας 6.5 Τεχνικογεωλογικοί τύποι γνευσιακής βραχόμαζας (Β. Μαρίνος, 2007) Παρακάτω ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών για κάθε τύπο γνευσιακής βραχόμαζας. 114

115 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Τύπος Ι. Μη αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα (γνεύσιοι, γρανιτογνεύσιοι, γνευσιογρανίτες). Η βραχόμαζα είναι πολύ συμπαγής με ελαφρύ έως μέτριο κερματισμό και υγιής όσον αφορά την αποσάθρωση. Η αντοχή των άρρηκτων γνευσιακών τεμαχών είναι πολύ μεγάλη. Η ποιότητα της βραχόμαζας καθορίζεται κυρίως από τον βαθμό του κερματισμού. Η δομή είναι πολύ σφικτή με τις ασυνέχειες να είναι γενικά κλειστές με τραχείες επιφάνειες αλλά και σημαντική εμμονή. Η γνευσιακή υφή αποτελεί επιφάνεια άτυπης ασυνέχειας και λόγω της μηδενικής αποσάθρωσης δεν δημιουργούνται επίπεδα αποχωρισμού. Τα μπλοκ που σχηματίζονται είναι μεγάλα ενώ η γωνία τριβής των ασυνεχειών είναι μεγάλη. Τύπος ΙΙ. Ελαφρώς αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα. Η βραχόμαζα είναι ελαφρώς αποσαθρωμένη με μέτριο έως έντονο κερματισμό. Η αντοχή των άρρηκτων γνευσιακών τεμαχών διατηρείται πολύ μεγάλη και ελάχιστα μειώνεται λόγω της αποσάθρωσης. Η ποιότητα της βραχόμαζας καθορίζεται από το βαθμό κερματισμού και λιγότερο από το βαθμό της αποσάθρωσης. Η αποσάθρωση περιορίζεται στις επιφάνειες των ασυνεχειών. Η δομή δεν είναι ιδιαίτερα σφικτή, με τις ασυνέχειες να είναι γενικά ανοικτές με μέτριας έως πτωχής ποιότητας επιφάνειες και να έχουν σημαντική εμμονή. Η γνευσιακή υφή είναι η βασική επιφάνεια ασυνέχειας καθώς η αποσάθρωση εκτείνεται μόνο κατά μήκος της φύλλωσης με αποτέλεσμα τα επίπεδα να αποχωρίζονται σε μικρό βαθμό. Εικόνα 6.2. Ελαφρώς αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα 115

116 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Τύπος ΙΙΙ. Ελαφρώς αποσαθρωμένη σχιστώδης γνευσιακή βραχόμαζα (σχιστογνεύσιοι, γνευσιοσχιστόλιθοι). Η βραχόμαζα είναι ελαφρώς αποσαθρωμένη με μέτριο έως έντονο κερματισμό ενώ το βασικό της χαρακτηριστικό είναι η έντονη σχιστότητα. Η αντοχή των άρρηκτων γνευσιακών τεμαχών διατηρείται πολύ μεγάλη και ελάχιστα μειώνεται λόγω της αποσάθρωσης. Η ποιότητα της βραχόμαζας καθορίζεται από το βαθμό κερματισμού, με βασική ασυνέχεια την σχιστότητα αλλά και τον βαθμό της αποσάθρωσης. Η δομή είναι ελαφρά ανοικτή με τις ασυνέχειες να είναι γενικά ανοικτές με μέτριας έως πτωχής ποιότητας επιφάνειες και να έχουν σημαντική εμμονή. Η αποσάθρωση περιορίζεται στις επιφάνειες αλλά αυτές έχουν εξαλλοιωθεί δημιουργώντας ένα πολύ λεπτό υμένα ιλυοαμμώδους υλικού. Η διαφορά με τις μη σχιστογνευσιακές βραχόμαζες όπως ο τύπος ΙΙ, είναι ότι η αποσάθρωση εκτείνεται πιο εύκολα λόγω της πιο συχνής παρουσίας της σχιστότητας που διαχωρίζει τη βραχόμαζα σε πιο λεπτά τεμάχη και δημιουργεί με τη μειωμένη τριβή πτωχότερο αλληλοκλείδωμα. Εικόνα 6.3. Ελαφρώς αποσαθρωμένη σχιστώδης γνευσιακή βραχόμαζα 116

117 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Τύπος ΙV. Αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα Η βραχόμαζα είναι μετρίως αποσαθρωμένη με μέτριο έως πολύ έντονο κερματισμό. Η αντοχή του άρρηκτου βράχου έχει μειωθεί σημαντικά αλλά διατηρεί γενικά μέτριες έως υψηλές τιμές. Η ποιότητα της βραχόμαζας καθορίζεται κυρίως από την αποσάθρωση και τις νέες ζώνες και πτωχές επιφάνειες που έχει δημιουργήσει η αργιλοποίηση και λιγότερο από το βαθμό κερματισμού. Η αποσάθρωση εκτείνεται σε όλη τη βραχόμαζα χωρίς όμως τα βραχώδη τεμάχη να είναι εύθρυπτα. Η δομή είναι ανοιχτή με τις ασυνέχειες να είναι γενικά ανοικτές με πτωχής έως πολύ πτωχής ποιότητας επιφάνειες, οι οποίες έχουν περιορισμένη εμμονή λόγω της συχνής διακοπής τους από το αργιλικό υλικό αποσάθρωσης. Η γνευσιακή υφή είναι η βασική επιφάνεια ασυνέχειας καθώς η αποσάθρωση έχει αποχωρίσει τις επιφάνειες σε αργιλικές ζώνες μικρού πάχους (5-10cm). Εικόνα 6.4. Αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα Τύπος V. Αποσαθρωμένη σχιστώδης γνευσιακή βραχόμαζα Η βραχόμαζα είναι μετρίως αποσαθρωμένη με πολύ έντονο κερματισμό ενώ το βασικό της χαρακτηριστικό είναι η έντονη σχιστότητα που κερματίζει περαιτέρω τη βραχόμαζα και μέσω της αποσάθρωσης τη διαχωρίζει σε πιο λεπτές φυλλώσεις. 117

118 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η αντοχή του άρρηκτου βράχου έχει μειωθεί σημαντικά αλλά διατηρεί ακόμη μέτριες έως υψηλές τιμές. Η ποιότητα της βραχόμαζας καθορίζεται από την αποσάθρωση και τις νέες ζώνες σε συνεχή διάταξη και πτωχές επιφάνειες που έχει δημιουργήσει η αργιλοποίηση και από το βαθμό κερματισμού που έτσι και αλλιώς είναι ισχυρός λόγω της έντονης σχιστοποίησης. Η αποσάθρωση εκτείνεται σε όλη τη βραχόμαζα χωρίς όμως τα βραχώδη τεμάχη να είναι εύθρυπτα. Η δομή είναι ανοικτή με τις ασυνέχειες να είναι γενικά ανοικτές με πτωχής έως πολύ πτωχής ποιότητας επιφάνειες οι οποίες έχουν περιορισμένη εμμονή λόγω της συχνής διακοπής τους από το αργιλικό υλικό αποσάθρωσης. Η διαφορά με τις μη σχιστογνευσιακές βραχόμαζες όπως το τύπο IV, είναι ότι η αποσάθρωση εκτείνεται πιο εύκολα λόγω της πιο συχνής σχιστότητας. Εικόνα 6.5. Αποσαθρωμένη σχιστώδης γνευσιακή βραχόμαζα Τύπος VI. Πολύ αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα Η βραχόμαζα είναι πολύ αποσαθρωμένη με έντονο κερματισμό. Η αντοχή του άρρηκτου βράχου έχει μειωθεί σημαντικά λόγω της έντονης αποσάθρωσης. Η ποιότητα της βραχόμαζας καθορίζεται κυρίως από την αποσάθρωση και τις νέες ζώνες και πτωχές επιφάνειες που έχει δημιουργήσει η αργιλοποίηση και λιγότερο από το βαθμό κερματισμού. Η αποσάθρωση επεκτείνεται σε όλη τη βραχόμαζα έχοντας επιτρέψει τον αποχωρισμό πολλών τεμαχών και τα βραχώδη τεμάχη είναι εν μέρει εύθρυπτα. Η μικροτεκτονική δομή και σχιστότητα έχουν σε μεγάλο βαθμό διατηρηθεί. Η δομή είναι 118

119 πολύ ανοικτή με τις ασυνέχειες να είναι ανοικτές με πτωχής έως πολύ πτωχής ποιότητας επιφάνειες αφού διαχωρίζουν με αργιλικό υλικό πλήρωσης τις ταινιωτές λιγότερο αποσαθρωμένες γνευσιακές βραχώδεις μάζες. Οι ασυνέχειες είναι εξαλλοιωμένες με ιλυο-αμμώδες υλικό αποσάθρωσης. Η γνευσιακή υφή είναι η βασική επιφάνεια ασυνέχειας καθώς η αποσάθρωση έχει αποχωρίσει τις επιφάνειες σε αργιλικές ζώνες μικρού πάχους της τάξης 10-30cm. Η ενδεχόμενη παρουσία νερού επιδρά δυσμενώς στα μηχανικά χαρακτηριστικά των αργιλικών ζωνών με αποτέλεσμα να μειώνονται τόσο οι ιδιότητες των ασυνεχειών, όσο και της βραχόμαζας στο σύνολο. Εικόνα 6.6. Πολύ αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα Τύπος VII. Πλήρως αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα. Η βραχόμαζα είναι πλήρως αποσαθρωμένη με ίχνη κερματισμένων δομών. Η αντοχή του άρρηκτου βράχου είναι χαμηλή, αφού έχει μειωθεί σημαντικά από την έντονη αποσάθρωση. Η ποιότητα της βραχόμαζας καθορίζεται από την αποσάθρωση και την έντονη παρουσία αργίλου και ελάχιστα από τον βαθμό κερματισμού (ουσιαστικά η βραχόμαζα περιορίζεται στην κατηγορία της αποδιοργανωμένης δομής). Η βραχόμαζα έχει αποσυντεθεί σε μεγάλο βαθμό και είναι πολύ εύθρυπτη διατηρώντας όμως χαρακτηριστικά από την αρχική δομή. 119

120 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η σχιστότητα εκπεφρασμένη με την ταινιωτή στρωσιγενή υφή έχουν διατηρηθεί αλλά μεταξύ τους παρεμβάλλεται σημαντικού πάχους αριλοποιημένης ζώνης. Η δομή είναι έντονα διαταραγμένη στρωματώδης έως αποδιοργανωμένη ενώ τα μικρά τεμάχη οριοθετούνται και διαχωρίζονται με αργιλικό υλικό αποσάθρωσης. Η ενδεχόμενη παρουσία του νερού επιδρά δυσμενώς στα μηχανικά χαρακτηριστικά των αργιλικών ζωνών με αποτέλεσμα να μειώνονται τόσο οι ιδιότητες των ασυνεχειών, όσο και της βραχόμαζας στο σύνολο. Εικόνα 6.7. Πλήρως αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα Τύπος VIII. Διατμημένη - σχιστώδης γνευσιακή βραχόμαζα Η βραχόμαζα είναι έντονα σχιστοποιημένη έως διατμημένη. Η αντοχή του άρρηκτου βράχου είναι γενικά μέτρια. Η αντοχή όμως μπορεί να μειώνεται περαιτέρω λόγω της αυξημένης σχιστοποίησης από τη διάτμηση, αύξηση της συμμετοχής λεπτόκοκκου κλάσματος, μικρής συνοχής του υλικού ανάμεσα στις φυλλώσεις και αύξηση της σύστασης σε φυλλώδη ορυκτά (μαρμαρυγίες). 120

121 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Η ποιότητας της βραχόμαζας είναι πτωχή λόγω της πολύ μικρής διατμητικής αντοχής των επιπέδων των φυλλώσεων. Οι επιφάνειες φύλλωσης, όταν διατηρούν σταθερά γεωμετρικά χαρακτηριστικά επιβάλλουν μια ισχυρή ανισότροπη συμπεριφορά και γενικά έχουν πτωχή έως πολύ πτωχή ποιότητα ασυνεχειών. Η ενδεχόμενη παρουσία του νερού επιδρά δυσμενώς στα μηχανικά χαρακτηριστικά των αργιλοποιημένων ζωνών με αποτέλεσμα να μειώνονται τόσο οι ιδιότητες των ασυνεχειών, όσο και της βραχόμαζας στο σύνολο. Εικόνα 6.8. Διατμημένη σχιστώδης γνευσιακή βραχόμαζα (Δημαράς, 2006) 121

122 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Τεχνικογεωλογικοί τύποι γνευσιακής βραχόμαζας στην περιοχή μελέτης Μετά την περιγραφή των τεχνικογεωλογικών τύπων γνευσιακής βραχόμαζας γενικά, ακολουθεί η κατηγοριοποίηση των τεχνικογεωλογικών τύπων που επικρατούν στην περιοχή έρευνας μελέτης. Η κατάληξη αυτών των τύπων προέκυψε ύστερα από την τενικογεωλογική αξιολόγηση των εργαστηριακών δεδομένων (τιμές σ ci, PLT, RQD), καθώς και από την υπαίθρια μελέτη-αξιολόγηση (GSI, μετρήσεις ασυνεχειών, ποιότητα και δομή βραχόμαζας). Στην περιοχή - μελέτης οι εναλλαγές των τύπων γνευσιακής βραχόμαζας είναι συνεχής κατά μήκος του άξονα, ακόμα και σε απόσταση μερικών μέτρων. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται κατηγοριοποίηση της ποιότητας της βραχόμαζας για το συνολικό μήκος του άξονα. Έτσι λοιπόν, στη περιοχή μελέτης συναντώνται 5 διαφορετικοί τύποι γνευσιακής βραχόμαζας. Αυτοί είναι: Τύπος Ι. Ελαφρώς αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα με ελαφρύ κερματισμό. Τύπος ΙΙ Αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα με μέτριο κερματισμό. Τύπος ΙΙΙ Πολύ αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα με έντονο κερματισμό. Τύπος ΙV Πλήρως αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα. Τύπος V Αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα με ζώνες διάτμησης. Σύμφωνα με την υπαίθρια μελέτη που πραγματοποιήθηκε στην περιοχή, αλλά και από βιβλιογραφική αναζήτηση (Marinos V, Goricki A, 2013), εντοπίστηκε η περίπτωση του τεχνικογεωλογικού τύπου V, δηλαδή πλήρως αποσαθρωμένης γνευσιακής βραχόμαζας και με ζώνες διάτμησης (shear zones) πάχους 5m, με πολύ πτωχά χαρακτηριστικά αντοχής. Οι κύριες γεωτεχνικές παράμετροι που επιλέγονται για τους 5 παραπάνω τεχνικογεωλογικούς τύπους είναι: Η μονοαξονική θλιπτική αντοχή σ ci Ο δείκτης γεωλογικής αντοχής GSI H σταθερά m i 122

123 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Πίνακας 6.6 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα γεωτεχνικών παραμέτρων για κάθε τύπο. Τύπος γνευσίου GSI σ ci (MPa) m i Τύπος Ι Τύπος ΙΙ Τύπος ΙΙΙ Τύπος ΙV Τύπος V Οι τιμές της σταθεράς m i αξιολογούνται ανάλογα με τον βαθμό αποσάθρωσης της βραχόμαζας. Γενικά οι τιμές της σταθεράς m i σε γνευσίους κυμαίνεται 28+5 και Επομένως σε πολύ καλή ποιότητα βραχόμαζας η σταθερά παίρνει τιμές >28 ενώ αντίθετα στην περίπτωση κακής ποιότητας βραχόμαζα η τιμή αυτής της σταθεράς παίρνει τιμές πολύ χαμηλότερες < Συμπεριφορά γνευσιακής βραχόμαζας και τυπικές διατομές πρανών Τα κύρια χαρακτηριστικά που παίζουν καθοριστικό ρόλο στη συμπεριφορά του γνευσίου και στον μηχανισμό αστοχίας στο πρανές είναι ο βαθμός αποσάθρωσης και ο βαθμός κερματισμού τεκτονισμού. Στην περίπτωση που ο βαθμός αποσάθρωσης συναντάτε επιφανειακά και μόνο στις ασυνέχειες (ελαφρά αποσάθρωση) και ο βαθμός κερματισμού είναι μικρός, τότε η μορφή αστοχίας είναι δομική με τη μορφή επίπεδης ή σφηνοειδούς ολίσθησης. Καθώς η αποσάθρωση επεκτείνεται στο εσωτερικό της βραχόμαζας (μέτρια-έντονη αποσάθρωση) και ο βαθμός κερματισμού αυξάνει τότε παρατηρούνται δομικές αστοχίες, επίσης με τη μορφή επίπεδων ή σφηνοειδών ολισθήσεων αλλά με μεγαλύτερη συχνότητα και με πιο μικρούς όγκους τεμαχών. Επίσης, υπάρχει το ενδεχόμενο αστοχίας περιστροφικής ολίσθησης, μικρού μεγέθους και αρκετά επιφανειακή. Στην περίπτωση όπου η αποσάθρωση έχει επεκταθεί στο σύνολο της βραχόμαζας (πλήρης αποσάθρωση) και ο βαθμός τεκτονισμού είναι έντονος τότε παρατηρούνται περιστροφικού τύπου ολισθήσεις σε ύψη πρανών μεγαλύτερα από 15m. Τέλος, στην περίπτωση που η βραχόμαζα είναι πλήρως αποσαθρωμένη και συναντώνται ζώνες διάτμησης με πολύ πτωχά μηχανικά χαρακτηριστικά, τότε προκύπτει περιστροφικού τύπου ολίσθηση η οποία πραγματοποιείται πάνω στις ζώνες διάτμησης. 123

124 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Πίνακας 6.7 Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά και συμπεριφορά στο πρανές για κάθε τύπο. Τύπος γνευσίου Αποσάθρωση Κερματισμός Συμπεριφορά στο πρανές Τύπος Ι Ελαφρά Ελαφρύς Επίπεδη / Σφηνοειδής ολίσθηση Τύπος ΙΙ Μέτρια Μέτριος Επίπεδη / Σφηνοειδής ολίσθηση Τύπος ΙΙΙ Έντονη Έντονος Τύπος ΙV Πλήρως - Τύπος V Πλήρως - Επίπεδη / Σφηνοειδής ολίσθηση Περιστροφική ολίσθηση σε μεγάλο ύψος πρανών Περιστροφική ολίσθηση πάνω στις ζώνες διάτμησης Εφόσον πραγματοποιήθηκε η περιγραφή των τεχνικογεωλογικών τύπων, η συμπεριφορά και οι μηχανισμοί αστοχίας, κρίθηκε σκόπιμο να γίνουν σχεδιαστικά οι τυπικές διατομές πρανών για τους 5 τεχνικογεωλογικούς τύπους που διακρίθηκαν στην περιοχή μελέτης. Η σχεδίαση των διατομών πραγματοποιήθηκε στο CorelDraw XS. Τα στοιχεία που περιλαμβάνονται στις παρακάτω διατομές είναι: Το ύψος του πρανούς. Η αποσάθρωση και ο κερματισμός για κάθε τύπο. Ο μηχανισμός αστοχίας. Η στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα. Οι γεωτεχνικές παράμετροι για κάθε τύπο βραχόμαζας (GSI, σ ci, m i, c και φ). 124

125 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 1) Ελαφρά αποσαθρωμένο GSI: σ ci : 120MPa m i : 31 c: 889KPa φ: 68 ο Σχήμα 6.1 Τυπική διατομή 1 (ελαφρά αποσαθρωμένο-ελαφρά κερματισμένο). 2) Μέτρια αποσαθρωμένο GSI: σ ci : 80MPa m i : 29 c: 413KPa φ: 64 ο Σχήμα 6.2 Τυπική διατομή 2 (μέτρια αποσαθρωμένο-μέτρια κερματισμένο). 125

126 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 3) Έντονα αποσαθρωμένο GSI: σ ci : 25MPa m i : 26 c: 173KPa φ: 52 ο Σχήμα 6.3 Τυπική διατομή 3 (έντονα αποσαθρωμένο-έντονα κερματισμένο). 4) Πλήρως αποσαθρωμένο GSI: σ ci : 10MPa m i : 23 c: 89KPa φ: 40 ο Σχήμα 6.4 Τυπική διατομή 4 (Πλήρως αποσαθρωμένο). 126

127 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 5) Αποσαθρωμένο με ζώνες διάτμησης c: 50KPa φ: 23 ο GSI: σ ci : 35MPa m i : 23 c: 100KPa φ: 30 ο Σχήμα 6.5 Τυπική διατομή 5 (Πλήρως αποσαθρωμένο με ζώνες διάτμησης). ΥΠΟΜΝΗΜΑ Ελαφρά αποσαθρωμένο Ζώνη διάτμησης Μέτρια αποσαθρωμένο Στάθμη υδροφόρου Έντονα αποσαθρωμένο ομική αστοχία Πλήρως αποσαθρωμένο Περιστροφική ολίσθηση 127

128 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ 6.9 Προσδιορισμός τύπων βραχόμαζας από τη χρήση Lidar Στο παρόν υποκεφάλαιο παρουσιάζονται αναλυτικά τα βήματα κατά τα οποία έγινε η επιλογή των πρανών, το σκανάρισμα αυτών με τον σαρωτή Lidar, τα αποτελέσματα της επεξεργασίας από την σάρωση στα οποία περιλαμβάνεται ο όγκος των τεμαχών και πως αυτοί συνδέονται με τους τεχνικογεωλογικούς τύπους που αναλύσαμε παραπάνω Επιλογή θέσης σάρωσης Η μελέτη στην περιοχή έρευνας ξεκίνησε με την σωστή επιλογή πρανών για όσο το δυνατόν πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα στην σάρωση του Lidar. Η επιλογή αυτή βασίστηκε στην διακριτή διαφορά μεταξύ των πρανών όσον αφορά την αποσάθρωση, τον κερματισμό καθώς και την έντονη ή όχι σχιστότητα. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να επιλεγούν τρία πρανή με διακριτές διαφορές τα οποία αναλύονται ακριβώς στην επόμενη ενότητα Περιγραφή πρανών και ταξινόμηση βραχόμαζας στην περιοχή μελέτης Όπως αναφέρθηκε και παραπάνω η τελική επιλογή ήταν η μελέτη και η εξαγωγή συμπερασμάτων για τρία πρανή με τις εξής ιδιότητες: ΠΡΑΝΕΣ 1: Ελάχιστη αποσάθρωση, με ελαφρύ κερματισμό (Εικόνα 6.9). ΠΡΑΝΈΣ 2: Ελάχιστη έως μέτρια αποσάθρωση με πολύ τεμαχισμένη και σχιστώδης δομή (Εικόνα 7.3). ΠΡΑΝΕΣ 3: Πολύ αποσάθρωση, με πτυχωμένη δομή (Εικόνα 7.5). Παρακάτω ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή για κάθε πρανές 128

129 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΠΡΑΝΕΣ 1 Η δομή της βραχόμαζας στο πρανές 1 είναι τεμαχισμένη (Blocky), με 3 οικογένειες ασυνεχειών. Βασική ασυνέχεια είναι η γνευσιακή υφή, η οποία έχει διεύθυνση κλίσης προς τα ΝΑ. Η ποιότητα των ασυνεχειών είναι μέτρια έως καλή. Η αποσάθρωση είναι ελαφρά. Το πέτρωμα που αποτελείται το πρανές είναι γνεύσιος. Η ταξινόμηση της βραχόμαζας με βάση το GSI είναι Ύψος: 7m Εικόνα 6.9 Ενδεικτική εικόνα του πρανούς 1 Εικόνα 6.10 Γνευσιακή υφή στο πρανές 1 129

130 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΠΡΑΝΕΣ 2 Η δομή της βραχόμαζας στο πρανές 2 είναι πολύ τεμαχισμένη (Very Blocky), με 4 οικογένειες ασυνεχειών. Βασική ασυνέχεια είναι η γνευσιακή υφή, η οποία έχει διεύθυνση κλίσης προς τα ΝΑ. Η ποιότητα των ασυνεχειών είναι μέτρια. Η αποσάθρωση είναι ελαφρά-μέτρια. Το πέτρωμα που αποτελείται το πρανές είναι σχιστογνεύσιος. Η ταξινόμηση της βραχόμαζας με βάση το GSI είναι Ύψος: 7m Εικόνα 6.11 Ενδεικτική εικόνα του πρανούς 2 Εικόνα 6.12 Έντονη σχιστότητα στο πρανές 2 130

131 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ ΠΡΑΝΕΣ 3 Η δομή της βραχόμαζας στο πρανές 3 είναι πτυχωμένη με 4 οικογένειες ασυνεχειών. Βασική ασυνέχεια είναι η γνευσιακή υφή, η οποία έχει διεύθυνση κλίσης προς τα ΝΑ. Η ποιότητα των ασυνεχειών είναι πτωχή. Η αποσάθρωση είναι πολύ και κατά τόπους έντονη. Το πέτρωμα που αποτελείται το πρανές είναι γνευσιοσχιστόλιθος. Επίσης παρατηρούνται και μικρές κατακόρυφες ρηξιγενείς ζώνες με διεύθυνση κλίσης ΒΔ-ΝΑ. Η ταξινόμηση της βραχόμαζας με βάση το GSI είναι Ύψος: 7m Εικόνα 6.13 Ενδεικτική εικόνα του πρανούς 3 Ρηξιγενής ζώνη Εικόνα 6.14 Ρηξιγενής ζώνη στο πρανές 3 131

132 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Υπολογισμός όγκου τεμαχών μέσω του σαρωτή Lidar Στο παρόν υποκεφάλαιο υπολογίστηκαν οι όγκοι χαρακτηριστικών τεμαχών για το εκάστοτε πρανές. Σκοπός αυτής της διαδικασίας είναι να αναδειχθούν οι διαφορές στο μέγεθος των μπλοκ και άρα στους όγκων των τεμαχών που υπάρχουν στα τρία πρανή σε περίπτωση αστοχίας. Οι διαφορές αυτές εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το βαθμό αποσάθρωσης και κερματισμού. Αυτή η διαδικασία πραγματοποιήθηκε πάλι μέσω του Polyworks 10.0 κατά την οποία μετρήθηκαν οι τρεις διαστάσεις (μήκος, ύψος, πλάτος) σε εμφανή τεμάχη. Στη συνέχεια υπολογίστηκαν οι όγκοι για κάθε τέμαχος. Σε κάθε πρανές υπολογίστηκαν 13 όγκοι τεμαχών οι οποίοι παρατίθενται στους παρακάτω πίνακες. Πίνακας 6.8 Υπολογισμός όγκου τεμαχών για το πρανές 1 Πρανές 1 X (μήκος) m Y (ύψος) m Z (πλάτος) m Όγκος m 3 Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος 13 Τέμαχος 2 Τέμαχος 1 Τέμαχος 11 Τέμαχος 7 Τέμαχος 5 Εικόνα 6.15 Ενδεικτική απεικόνιση τεμαχών στο πρανές 2 132

133 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Πίνακας 6.9 Υπολογισμός όγκου τεμαχών για το πρανές 2 Πρανές 2 X (μήκος) m Y (ύψος) m Z (πλάτος) m Όγκος m 3 Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζονται ενδεικτικά κάποια τεμάχη, ωστόσο επειδή οι διαστάσεις τους είναι πολύ μικρές είναι δύσκολο να φανούν ξεκάθαρα στη φωτογραφία. Τέμαχος 1 Τέμαχος 2 Εικόνα 6.16 Ενδεικτική απεικόνιση τεμαχών στο πρανές 2 133

134 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Πίνακας 6.10 Υπολογισμός όγκου τεμαχών για το πρανές 3 Πρανές 3 X (μήκος) m Y (ύψος) m Z (πλάτος) m Όγκος m 3 Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος Τέμαχος 13 Τέμαχος 8 Τέμαχος 1 Τέμαχος 2 Εικόνα 6.17 Ενδεικτική απεικόνιση τεμαχών στο πρανές 3 Παρατηρώντας τους Πίνακες 6.8, 6.9 και 6.10 προκύπτει ότι ο όγκος των τεμαχών μειώνεται όσο η αποσάθρωση και ο κερματισμός αυξάνεται στα πρανή. Επομένως οι μεγαλύτεροι όγκοι που βρίσκονται στον Πίνακα 6.8 ανήκουν στον τύπο I, που είναι ο λιγότερο αποσαθρωμένος και κερματισμένος, ενώ οι όγκοι που αναφέρονται στους Πίνακες 6.9 και 6.10 ανήκουν στους τύπους II και III αντίστοιχα που ο βαθμός αποσάθρωσης και κερματισμού αρχίζει να αυξάνει. 134

135 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Παρακάτω παρουσιάζονται κάποιες εικόνες διαστασιολόγησης από το Polyworks 10.0 Εικόνα 7.16 Διαστασιολόγηση τεμάχους στο Polyworks 10.0 (πρανές 1) Εικόνα 7.17 Διαστασιολόγηση τεμάχους στο Polyworks 10.0 (πρανές 3) 135

136 6.10 Αποτελέσματα αντοχής για τους τεχνικογεωλογικούς τύπους της περιοχής μελέτης Επόμενο βήμα μετά την κατηγοριοποίηση των τεχνικογεωλογικών τύπων και την περιγραφή τους είναι να βρεθεί η αντοχή για κάθε τύπο. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Rocklab 1.0 της Rockscience και τις γεωτενικές παραμέτρους που απεικονίζονται στον Πίνακα 6.6 θα βρεθεί η συνοχή και η γωνία τριβής για κάθε τύπο. Το πρόγραμμα Rocklab στην ουσία επιλύει το κριτήριο Hoek and Brown. Για την χρήση του προγράμματος Rocklab 1.0 λήφθηκε υπόψη ύψος πρανούς 20m σύμφωνα με τα ήδη διαμορφωμένα πρανή στον οδικό άξονα που εξετάζεται και φαινόμενο βάρος για τον γνεύσιο γ=0.025mn/m 3. Παρακάτω παρατίθεται ένα παράδειγμα χρήσης του προγράμματος Rocklab 1.0 για τον υπολογισμό της συνοχής c και γωνίας τριβής φ. Εικόνα Απεικόνιση του προγράμματος Rocklab

137 ΚΕΦ. 6 ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ Στον παρακάτω πίνακα παρουσιάζονται τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα της συνοχής και της γωνίας τριβής για τους 5 τεχνικογεωλογικούς τύπους. Επίσης, αναφέρεται η συνοχή και η γωνία τριβής για τις ζώνες διάτμησης. Πίνακας Συγκεντρωτικά αποτελέσματα συνοχής c και γωνίας τριβής φ Τύπος γνευσίου Συνοχή c (ΜPa) Γωνία τριβής φ ( o ) Τύπος Ι ο Τύπος II ο Τύπος III ο Τύπος IV ο Τύπος V ο Η συνοχή c και η γωνία τριβής φ για τις ζώνες διάτμησης είναι 0.05 MPa και 23 ο. (Marinos V, Goricki A, 2013). 137

138 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ 7 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Στο παρόν κεφάλαιο παρουσιάζεται η διαδικασία εκτέλεσης της σάρωσης με το Lidar των τριών πρανών και τα αποτελέσματα της επεξεργασίας από την σάρωση. Σκοπός αυτής της διαδικασίας είναι να εξαχθούν όλες εκείνες οι πληροφορίες (ποιότητα και δομή βραχόμαζας, οικογένειες ασυνεχειών, δυνητικές ολισθήσεις) οι οποίες είναι απαραίτητες για να πραγματοποιηθούν οι αναλύσεις ευστάθειας. Για τις αναλύσεις ευστάθειας χρησιμοποιήθηκαν τα προγράμματα Rockplane και Swedge της Rockscience για επίπεδη και σφηνοειδή ολίσθηση αντίστοιχα. Επίσης πραγματοποιήθηκαν και αναλύσεις ευστάθειας για περιστροφικού τύπου ολισθήσεις με τη χρήση του προγράμματος Slide 5.0 της Rockscience. 7.1 Εκτέλεση της σάρωσης με χρήση Lidar και επεξεργασία των δεδομένων Επόμενο βήμα μετά τον προσδιορισμό και την περιγραφή των τριών πρανών, που αναφέρθηκε στο προηγούμενο κεφάλαιο, είναι η διαδικασία της σάρωσης. Ο σαρωτής laser Lidar τοποθετήθηκε απέναντι από κάθε πρανές σε μια απόσταση της τάξης των 4m περίπου. O σαρωτής laser αρχικά περιστρέφεται 360 ο φωτογραφίζοντας την γύρω περιοχή. Αμέσως μετά, ξεκινάει η διαδικασία της σάρωσης η οποία έχει διάρκεια 30 λεπτά περίπου για κάθε πρανές. Ο χρόνος της κάθε σάρωσης εξαρτάται από την έκταση της επιφάνειας σάρωσης καθώς από την λεπτομέρεια απεικόνισης για κάθε επιφάνεια. Στη συνέχεια ξεκίνησε η διαδικασία επεξεργασίας των δεδομένων από την σάρωση των τριών πρανών. Η επεξεργασία πραγματοποιήθηκε σε H/Y με το πρόγραμμα PolyWorks 10.0 (InnovMetrics PolyWorks 10.0, Quebec Canada, 2007). Πρώτος στόχος είναι να δημιουργηθεί το 3D μοντέλο των πρανών. Αμέσως μετά την δημιουργία του 3D μοντέλου δίνεται η δυνατότητα περεταίρω ανάλυσης και επεξεργασίας για το κάθε πρανές. Δεύτερος στόχος ήταν να οριστούν τα επίπεδα που ορίζουν οι ασυνέχειες πάνω στο πρανές και να βρεθεί η γωνία κλίσης και η διεύθυνση κλίσης για κάθε επίπεδο. Ο τρόπος για να δημιουργηθεί ένα επίπεδο μέσω του Polyworks είναι σχετικά απλός αφού χρειάζεται να δημιουργηθούν περίπου σημεία (Points) πάνω στο πρανές ώστε να οριστεί το επίπεδο που επιθυμούμε. 138

139 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Στη συνέχεια τα συνημίτονα κατεύθυνσης που διαθέτει το κάθε επίπεδο εξάγονται στο excel και χρησιμοποιώντας τριγωνομετρικούς τύπους βρίσκεται η γωνία κλίσης και η διεύθυνση κλίσης. Με αυτόν τον τρόπο ορίζονται οι γωνίες κλίσης και διευθύνσεις κλίσης των ασυνεχειών που αφορούν το κάθε πρανές. Παρακάτω παρατίθεται μια εικόνα ενός επίπεδου από το Polyworks 10.0 Ασυνέχειες Εικόνα 7.1 Απεικόνιση του επιπέδου 4 στο Polyworks 10.0 Ασυνέχειες Επίπεδο 4 Εικόνα 7.2 Απεικόνιση του επιπέδου 4 στο πρανές 1 139

140 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ 7.2 Τεκτονική ανάλυση πρανών Εφόσον έχουν οριστεί οι γωνίες κλίσης και διευθύνσεις κλίσεων των ασυνεχειών για κάθε πρανές, επόμενο βήμα είναι η προβολή αυτών στο Dips και η εξέταση πιθανών αστοχιών (επίπεδη ολίσθηση, σφήνα, ανατροπή) στο εκάστοτε πρανές. (Οι μετρήσεις των ασυνεχειών για κάθε πρανές βρίσκονται στο παράρτημα στο τέλος της εργασίας). Για το ΠΡΑΝΕΣ 1: Εικόνα 7.3 Συγκέντρωση πόλων ασυνεχειών στο πρανές 1 Εικόνα 7.4 Τεκτονική απεικόνιση πρανούς και ασυνεχειών στο δίκτυο Schmidt 140

141 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Σύμφωνα με την παραπάνω εικόνα του δίκτυο Schmidt παρατηρούνται 3 οικογένειες ασυνεχειών. Η γνευσιακή υφή S με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 39/146, η διάκλαση J1 με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 77/160 και η διάκλαση J2 με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 72/227. Το πρανές P1 έχει γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 65/214. Τέλος η γωνία τριβής είναι 35 ο. Η τιμή αυτή προέκυψε από τις εργαστηριακές δοκιμές άμεσης διάτμησης της τεχνικογεωλογικής μελέτης (Δημαράς, 2006). Πιθανές ολισθήσεις: Επίπεδη ολίσθηση: Στην περίπτωση του πρανούς 1 επίπεδη ολίσθηση δεν μπορεί να προκύψει γιατί η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μικρότερη από την γωνία κλίσης της J1 και J2. Σε σχέση με την γνευσιακή υφή S η διαφορά στην διεύθυνση κλίσης είναι μεγαλύτερη από 20 ο συνεπώς δεν είναι ομόρροπη με το πρανές P1. Σφηνοειδής ολίσθηση: Στην περίπτωση του πρανούς 1 προκύπτει σφηνοειδής ολίσθηση μεταξύ της γνευσιακής υφής S και της διάκλασης J2. Αυτό γιατί η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μεγαλύτερη από τη γωνία κλίσης της τομής των δύο ασυνεχειών και μεγαλύτερη από τη γωνία τριβής. (φπ>φτ>φ). Ολίσθηση Ανατροπής: Στην περίπτωση του πρανούς 1 ανατροπή δεν μπορεί να προκύψει διότι η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μικρότερη από 70 ο. 141

142 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Για το ΠΡΑΝΕΣ 2: Εικόνα 7.5 Συγκέντρωση πόλων ασυνεχειών στο πρανές 1 Εικόνα 7.6 Τεκτονική απεικόνιση πρανούς και ασυνεχειών στο δίκτυο Schmidt 142

143 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Σύμφωνα με την παραπάνω εικόνα του δίκτυο Schmidt παρατηρούνται 4 οικογένειες ασυνεχειών. Η γνευσιακή υφή S με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 56/150, η διάκλαση J1 με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 80/215 και η διάκλαση J2 με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 49/200 και η διάκλαση J3 71/327. Το πρανές P2 έχει γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 65/214. Τέλος η γωνία τριβής είναι 35 ο. Πιθανές ολισθήσεις: Επίπεδη ολίσθηση: Στην περίπτωση του πρανούς 2 προκύπτει επίπεδη ολίσθηση της διάκλασης J2. Αυτό γιατί η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μεγαλύτερης από τη γωνία κλίσης της ασυνέχειας μεγαλύτερη από τη γωνία τριβής (φπ>φα>φ). Επίσης η διεύθυνση κλίσης της ασυνέχειας είναι σχεδόν παράλληλη με την διεύθυνση κλίσης του πρανούς (~20 ο ). Σφηνοειδής ολίσθηση: Στην περίπτωση του πρανούς 2 προκύπτει σφηνοειδής ολίσθηση μεταξύ της γνευσιακής υφής S και της διάκλασης J2. Αυτό γιατί η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μεγαλύτερη από τη γωνία κλίσης της τομής των δύο ασυνεχειών και μεγαλύτερη από τη γωνία τριβής (φπ>φτ>φ). Ολίσθηση Ανατροπής: Στην περίπτωση του πρανούς 2 ανατροπή δεν μπορεί να προκύψει διότι η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μικρότερη από 70 ο. 143

144 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Για το ΠΡΑΝΕΣ 3: Εικόνα 7.7 Συγκέντρωση πόλων ασυνεχειών στο πρανές 1 Εικόνα 7.8 Τεκτονική απεικόνιση πρανούς και ασυνεχειών στο δίκτυο Schmidt 144

145 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Σύμφωνα με την παραπάνω εικόνα του δίκτυο Schmidt παρατηρούνται 4 οικογένειες ασυνεχειών. Η γνευσιακή υφή S με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 75/166, η διάκλαση J1 με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 63/191 και η διάκλαση J2 με γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 68/219 και η διάκλαση J3 71/269. Το πρανές P3 έχει γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης 76/214. Τέλος η γωνία τριβής είναι 28 ο, καθώς είναι περισσότερο αποσαθρωμένο από τα δύο προηγούμενα πρανή. Πιθανές ολισθήσεις: Επίπεδη ολίσθηση: Στην περίπτωση του πρανούς 3 προκύπτει επίπεδη ολίσθηση της διάκλασης J2. Αυτό γιατί η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μεγαλύτερης από τη γωνία κλίσης της ασυνέχειας μεγαλύτερη από τη γωνία τριβής (φπ>φα>φ). Επίσης η διεύθυνση κλίσης της ασυνέχειας είναι σχεδόν παράλληλη με την διεύθυνση κλίσης του πρανούς (~20 ο ). Σφηνοειδής ολίσθηση: Στην περίπτωση του πρανούς 3 προκύπτει σφηνοειδής ολίσθηση μεταξύ της γνευσιακής υφής S και της διάκλασης J1. Αυτό γιατί η γωνία κλίσης του πρανούς είναι μεγαλύτερη από τη γωνία κλίσης της τομής των δύο ασυνεχειών και μεγαλύτερη από τη γωνία τριβής (φπ>φτ>φ). Επίσης προκύπτει σφηνοειδής ολίσθηση για την S με την διάκλαση J2, την J1 με την J2, την J3 με την S, την J3 με την J1 και τέλος την J3 με την J2. Σε όλες τις περιπτώσεις ισχύουν τα κριτήρια της σφηνοειδούς ολίσθησης. Ολίσθηση Ανατροπής: : Στην περίπτωση του πρανούς 3 ανατροπή δεν μπορεί να προκύψει διότι δεν υπάρχει ασυνέχεια με αντίθετη διεύθυνση κλίσης με το P3. ΠΡΑΝΕΣ 1 ΠΡΑΝΕΣ 2 ΠΡΑΝΕΣ 3 Πίνακας 7.1 Συγκεντρωτικός πίνακας γνευσιακής υφής και διακλάσεων για κάθε πρανές Γωνία κλίσης/διεύθυνση κλίσης Γνευσιακή υφή S Διάκλαση 1 J1 Διάκλαση 2 J2 Διάκλαση 3 J3 65/214 39/146 77/160 72/227-65/214 56/150 80/215 49/200 71/327 76/214 75/166 63/191 68/219 71/

146 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ 7.3 Αναλύσεις ευστάθειας πρανών για επίπεδες και σφηνοειδής ολισθήσεις Η διαδικασία που ακολουθήθηκε ήταν η εξής: Εισαγωγή γεωμετρικών στοιχείων πρανών και ασυνεχειών (ύψος πρανούς, γωνία κλίσης, διεύθυνση κλίσης) σύμφωνα με τον Πίνακα 7.1. Το ύψος των πρανών είναι 7m. Από την μελέτη στην ύπαιθρο εφελκυστική ρωγμή δεν παρατηρήθηκε. Στη συνέχεια, εισήχθησαν η συνοχή και η γωνία τριβής των ασυνεχειών που προέρχονται από τις δοκιμές άμεσης διάτμησης της τεχνικογεωλογικής μελέτης (Δημαράς, 2006). Πιο συγκεκριμένα στα 2 πρώτα πρανή η συνοχή είναι 17 (t/m 2 ) και η γωνία τριβής 35 ο, ενώ στο τρίτο και πιο αποσαθρωμένο πρανές η συνοχή είναι 11 (t/m 2 ) και η γωνία τριβής 28 ο. Τέλος, επιλέχθηκαν τρεις συνθήκες για την πίεση του νερού. Αυτές είναι: Καθόλου αποστράγγιση Μερική αποστράγγιση Πλήρης αποστράγγιση Επίσης λήφθηκε υπόψη και η σεισμική επιτάχυνση στην περιοχή μελέτης που είναι α=0.16m/s 2, σύμφωνα με την εικόνα 5.6 (ΕΑΚ, 2003). Στους Πίνακες 7.2, 7.3 και 7.4 παρουσιάζονται αναλυτικά τα αποτελέσματα τα αποτελέσματα των αναλύσεων ευστάθειας για τα 3 πρανή. 146

147 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για τα 3 πρανή Πίνακας 7.2 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για το πρανές 1 Γωνία κλίσης Επίπεδη Συντελεστής Σφηνοειδής Συντελεστής ολίσθηση ασφάλειας F ολίσθηση ασφάλειας F - - F1=42.5 ΠΡΑΝΕΣ 1 65 o S/J2 F2=11.5 F3=5 Πίνακας 7.3 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για το πρανές 2 Γωνία κλίσης Επίπεδη ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=7.6 Σφηνοειδής ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=15.3 ΠΡΑΝΕΣ 2 65 o J2 F2=7.4 S/J2 F2=15.1 F3=0 F3=0 Πίνακας 7.4 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για το πρανές 3 Γωνία κλίσης Επίπεδη ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=8.6 Σφηνοειδής ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=15.4 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o J2 F2=0 S/J1 F2=4.1 F3=0 F3=0 - - F1=13.3 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - S/J2 F2= F3=0 - - F1=13.4 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - S/J3 F2= F3=0 - - F1=2.3 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - J1/J2 F2=2.2 - F3= F1=8.5 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - J1/J3 F2=8.4 - F3=0 - - F1=14.9 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - J2/J3 F2=0 - F3=0 147

148 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Εικόνα 7.9 Απεικόνιση σφηνοειδούς ολίσθησης στο πρόγραμμα Swedge Εικόνα 7.10 Επίπεδη ολίσθηση στην περιοχή μελέτης 148

149 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ 7.4 Αναλύσεις ευστάθειας πρανών για περιστροφικού τύπου ολισθήσεις Η διαδικασία που ακολουθήθηκε ήταν η εξής: Αρχικά έγινε η επιλογή των τύπων γνευσιακής βραχόμαζας που επιλέχτηκαν ώστε να υπάρχει μια πλήρη και σαφή εικόνα συμπεριφοράς της βραχόμαζας. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε το μοντέλο του πρανούς (γωνία κλίσης, ύψος πρανούς, αναβαθμοί). Ο παράγοντας νερού παίζει σημαντικό ρόλο στην ευστάθεια των πρανών. Οπότε και στην περίπτωση που εξετάζεται έπρεπε να συμπεριληφθεί για να υπάρχει μια αντικειμενικότητα στις αναλύσεις. Η επίδραση του νερού στην ευστάθεια του πρανούς μελετάται με τον συντελεστή Ru. Το επόμενο βήμα ήταν η τοποθέτηση στο μοντέλο κάποιων γεωτεχνικών παραμέτρων, συνοχή, γωνία τριβής και φαινόμενο βάρος. Τέλος, όλα τα παραπάνω έγιναν με σκοπό να βρεθεί ο συντελεστής ασφαλείας και να εξεταστούν οι περιπτώσεις αστοχίας πρανών. Πιο συγκεκριμένα: Οι τύποι γνευσιακής βραχόμαζας που χρησιμοποιήθηκαν στις αναλύσεις ευστάθειας ήταν ο τύπος ΙΙΙ που είναι αρκετά αποσαθρωμένος με έντονο κερματισμό και ο τύπος IV που είναι πλήρως αποσαθρωμένος. Επίσης χρησιμοποιήθηκε και ο τύπος V που είναι πλήρως αποσαθρωμένος με ζώνες διάτμησης και χωρίς ζώνες διάτμησης. Η γωνία κλίσης των πρανών είναι 65 ο και το συνολικό ύψος των πρανών είναι 20m. Υπάρχει και ένας αναβαθμός στο ύψος των 10m πλάτους 4m. Τα παραπάνω στοιχεία προκύπτουν από τα ήδη διαμορφωμένα πρανή στην περιοχή μελέτης. Στην περίπτωση του παράγοντα του νερού χρησιμοποιήθηκαν τρεις συνθήκες. Στην πρώτη συνθήκη η αποστράγγιση της βραχόμαζας να είναι μηδενική, στην δεύτερη συνθήκη να υπάρχει μερική αποστράγγιση του νερού στην βραχόμαζα και τέλος στην τρίτη περίπτωση να υπάρχει πλήρης αποστράγγιση του νερού. 149

150 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Έτσι λοιπόν, δόθηκαν τιμές σε έναν συντελεστή R u που απεικονίζει την πίεση των πόρων του νερού. Οι τιμές που δόθηκαν είναι: R u =0 R u =0.1 R u =0.2 Στην περίπτωση της ζώνης διάτμησης ο συντελεστής R u παίρνει τιμές 0, 0.1 και 0.3. Η τιμή R u =0.3 λαμβάνεται υπόψη μόνο στη ζώνη διάτμησης, καθώς σε περίπτωση έντονης βροχόπτωσης υπάρχει μεγαλύτερη επίδραση εξαιτίας των πτωχών μηχανικών ιδιοτήτων της. Οι γεωτεχνικές παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν στο μοντέλο είναι η συνοχή c, η γωνία τριβής φ και το φαινόμενο βάρος γ που αναφέρονται στους πίνακες 6.8 και 6.9. Τέλος προκύπτουν οι συντελεστές ασφαλείας που καθορίζουν αν υπάρχει αστάθεια (F<1) ή ευστάθεια (F>1)στο πρανές. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για τις αναλύσεις ευστάθειας ήταν οι εξής: i. Μέθοδος Bishop ii. Μέθοδος Morgenstern-Price iii. Μέθοδος Spencer Στην παράγραφο γίνεται η παρουσίαση των συγκεντρωτικών αποτελεσμάτων των αναλύσεων ευστάθειας. Επίσης παρουσιάζονται ενδεικτικά 4 αναλύσεις στο Slide 5.0. Το σύνολο των αναλύσεων βρίσκεται στο παράρτημα, στο τέλος της εργασίας. 150

151 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Παρουσίαση αναλύσεων ευστάθειας και αποτελέσματα Πίνακας 7.5 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας περιστροφικού τύπου Συντελεστής Ανάλυση Κλίση Μοντέλο ανάλυσης Νερό-R u ασφαλείας F α/α πρανούς (Μέθοδος Bishop) 1 Τύπος ΙΙΙ (έντονα αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙΙΙ (έντονα αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙΙΙ (έντονα αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙV (πλήρως αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙV (πλήρως αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙV (πλήρως αποσαθρωμένος) ο Τύπος V ( χωρίς ζώνες διάτμησης) ο Τύπος V ( χωρίς ζώνες διάτμησης) ο Τύπος V ( χωρίς ζώνες διάτμησης) ο Τύπος V ( με ζώνες διάτμησης) 0.2/ ο Τύπος V ( με ζώνες διάτμησης) 0.2/ ο Τύπος V ( με ζώνες διάτμησης) 0.2/ ο 1.11 Γενικά συμπεράσματα για τον πίνακα 7.5 Παρατηρώντας τον παραπάνω πίνακα διαπιστώνεται ότι ο τύπος ΙΙΙ παρουσιάζει τον μεγαλύτερο συντελεστή ασφαλείας (F= 3.69) και αυτό γιατί είναι και ο καλύτερος τύπος ποιοτικά. Αντίθετα ο τύπος με την έντονη αποσάθρωση και τις ζώνες διάτμησης παρουσιάζει τον μικρότερο συντελεστή ασφάλειας (F=1.1). Στην ουσία ευσταθεί οριακά. Όπως παρατηρείται στην ανάλυση 12, ο κύκλος ολίσθησης που προκύπτει βρίσκεται πάνω στις ζώνες διάτμησης οι οποίες έχουν πολύ πτωχά χαρακτηριστικά αντοχής. (c=50kpa, φ=23 ο, Marinos V, Goricki A, 2013). Επίσης, σημαντική είναι και η επίδραση του νερού-r u καθώς μειώνει τον συντελεστή ασφάλειας όσο αυτός αυξάνεται. 151

152 Ανάλυση 3. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙΙΙ, Ru=0.2) 152

153 Ανάλυση 6. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙV, Ru=0.2) 153

154 Ανάλυση 9. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V, Ru=0.2) 154

155 Ανάλυση 12. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V Ru=0.2, με ζώνες διάτμησης Ru=0.3) 155

156 ΚΕΦ. 7 ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΩΝ Στην εικόνα 7.11 φαίνεται μια περιστροφικού τύπου ολίσθηση πάνω σε ζώνες διάτμησης στην περιοχή μελέτης. Εικόνα 8.2 Περιστροφική ολίσθηση πάνω σε ζώνες διάτμησης στην περιοχή μελέτης. 156

157 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 8 ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΥΝΟΨΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ως επίλογο, θα αναφερθούν ορισμένα βασικά στοιχεία της παρούσας εργασίας και στη συνέχεια θα προβούμε στην εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής ήταν η μελέτη της τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς της γνευσιακής βραχόμαζας, οι μηχανισμοί αστοχίας που συναντώνται, καθώς και η κατάλληλη προσομοίωση μοντέλου για την συμπεριφορά ευστάθειας σε κάθε πρανές. Ένα από τα βασικά εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για αυτό το σκοπό ήταν ο επίγειος σαρωτής Lidar. Για να επιτευχθεί ο παραπάνω στόχος στη παρούσα διπλωματική εργασία ακολουθήθηκαν τα εξής στάδια: Αρχικά έγινε μια εκτενή επισκόπηση, από θεωρητική άποψη κυρίως, σε ότι έχει σχετικά με τις κατολισθήσεις, τον τρόπο εκδήλωσης και τα είδη των κατολισθήσεων. Περιγράφηκαν αναλυτικά οι μέθοδοι αναλύσεων ευστάθειας πρανών, καθώς και οι τεχνικογεωλογικές και γεωτεχνικές παράμετροι για τις κατολισθήσεις, μέσα στις οποίες περιλαμβάνονται και το σύνολο των εργαστηριακών δοκιμών βραχομηχανικής. Επίσης γίνεται και αναφορά στον σαρωτή Lidar, για την αρχή λειτουργίας, εφαρμογές πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Ακολούθως, περιγράφονται οι γενικές γεωλογικές συνθήκες του γνευσίου (αποσάθρωση, τεκτονισμός, υδρογεωλογικό καθεστώς) ενώ γίνεται μια εκτενή αναφορά στην γεωλογία της περιοχής μελέτης. Μετά την γεωλογική μελέτη και ανάλυση, εξετάστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες του γνευσίου. Για την διαδικασία αυτή χρησιμοποιήθηκαν τα μητρώα 40 γεωτρήσεων από την τεχνικογεωλογική έκθεση (Δημαράς, 2006). Οι γεωτεχνικές παράμετροι που περιλαμβάνονται στα παραπάνω είναι: Η μονοαξονική θλιπτική αντοχή σ ci Ο δείκτης σημειακής φόρτισης Is(50) Ο δέικτης κερματισμού RQD Ο δείκτης γεωλογικής αντοχής GSI 157

158 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στον Πίνακα 6.4 παρουσιάζονται τα συγκεντρωτικά αποτελέσματα των παραπάνω γεωτεχνικών παραμέτρων. Πίνακας 6.4 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα μικρότερου, μεγαλύτερου, μέσου όρου και τυπικής απόκλισης για καθένα ξεχωριστά από τα μητρώα γεωτρήσεων. GSI RMR RQD σ ci Is (50) Ei MIN 35,00 45,50 0, ,12 2,76 MAX 65,00 62,50 100, MEAN , , STDEVPA 9,80 3,71 26, , Ύστερα από την τενικογεωλογική αξιολόγηση των εργαστηριακών δεδομένων (τιμές σ ci, PLT, RQD), καθώς και από την υπαίθρια μελέτη-αξιολόγηση (GSI, μετρήσεις ασυνεχειών, ποιότητα και δομή βραχόμαζας) προέκυψε η κατηγοριοποίηση των τεχνικογεωλογικών τύπων γνευσιακής βραχόμαζας. Αυτοί είναι: Τύπος Ι. Ελαφρώς αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα με ελαφρύ κερματισμό. Τύπος ΙΙ Αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα με μέτρια κερματισμό. Τύπος ΙΙΙ Πολύ αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα. Τύπος ΙV Πλήρως αποσαθρωμένη γνευσιακή βραχόμαζα. Πίνακας 6.6 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα γεωτεχνικών παραμέτρων για κάθε τύπο. Τύπος γνευσίου GSI σ ci (MPa) m i Τύπος Ι Τύπος ΙΙ Τύπος ΙΙΙ Τύπος ΙV Τύπος V Μετά την διακριτοποίηση των τεχνικογεωλογικών τύπων γίνεται λόγος, για την συμπεριφορά και τον μηχανισμό αστοχίας στον κάθε τύπο. Τα κύρια χαρακτηριστικά που παίζουν καθοριστικό ρόλο στη συμπεριφορά του γνευσίου και στον μηχανισμό αστοχίας στο πρανές είναι ο βαθμός αποσάθρωσης και ο βαθμός κερματισμού τεκτονισμού. 158

159 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στον Πίνακα 6.7 παρουσιάζονται τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά για κάθε τύπο, καθώς και η συμπεριφορά στο πρανές. Πίνακας 6.7 Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά και συμπεριφορά στο πρανές για κάθε τύπο. Τύπος γνευσίου Αποσάθρωση Κερματισμός Συμπεριφορά στο πρανές Τύπος Ι Ελαφρά Ελαφρύς Επίπεδη / Σφηνοειδής ολίσθηση Τύπος ΙΙ Μέτρια Μέτριος Επίπεδη / Σφηνοειδής ολίσθηση Τύπος ΙΙΙ Έντονη Έντονος Τύπος ΙV Πλήρως - Τύπος V Πλήρως - Επίπεδη / Σφηνοειδής ολίσθηση Περιστροφική ολίσθηση σε μεγάλο ύψος πρανών Περιστροφική ολίσθηση πάνω στις ζώνες διάτμησης Στη συνέχεια αναλύεται εκτενώς το κομμάτι της μελέτης στην ύπαιθρο το οποίο περιλαμβάνει την κατάλληλη επιλογή πρανών με βάση την διακριτή διαφορά σε αποσάθρωση και κερματισμό για κάθε πρανές και την σάρωση αυτών με τη χρήση Lidar. Η επεξεργασία των δεδομένων της σάρωσης μέσω του PolyWorks 10.0 μας δίνει τη δυνατότητα μετρήσεων των ασυνεχειών για κάθε πρανές (γωνία κλίσης και διεύθυνση κλίσης), καθώς και τον όγκο τεμαχών σε κάθε πρανές. Όσον αφορά τους υπολογισμούς των 13 όγκων τεμαχών σε κάθε πρανές (Πίνακες, 6.8, 6.9 και 6.10) που προέκυψαν από την διαστασολόγηση μέσω του PolyWorks 10.0, προκύπτει ότι: Οι όγκοι των τεμαχών στο πρανές 1 είναι κατά πολύ μεγαλύτεροι από τους όγκους των τεμαχών στα πρανή 2 και 3. Στο πρανές 1 οι όγκοι κυμαίνονται από m 3 ενώ στα πρανή 2 και 3 κυμαίνονται από m 3. Η έντονη αυτή διαφορά στις διαστάσεις των τεμαχών στα πρανή οφείλεται στην ποιότητα της βραχόμαζας. Πιο συγκεκριμένα, καθοριστικό ρόλο έχει ο κερματισμός και η αποσάθρωση. Όσο πιο κερματισμένο και αποσαθρωμένο είναι το γεωυλικό τόσο μειώνονται και οι διαστάσεις των τεμαχών. 159

160 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Επομένως σε μια ενδεχόμενη αστοχία σφηνοειδούς ολίσθησης στα πρανή 2 και 3, δεν αναμένεται βραχοσφήνα με όγκο μεγαλύτερο από 0.30m 3. Η μελέτη των διαστάσεων των τεμαχών είναι καθοριστικής σημασίας στο έργο του μηχανικού που ακολουθεί μετά τη δουλεία του γεωλόγου-μελετητή και αυτό γιατί, γίνεται πιο εύκολα κατανοητό σ αυτόν η συμπεριφορά του γεωυλικού και μπορεί να υπολογίσει ευκολότερα τα μέτρα υποστήριξης και αντιστήριξης στο πρανές (κάναβος αγκυρίων, μεγέθη ακγκυρίων κ.α.). Τέλος, έχοντας όλα τα παραπάνω δεδομένα των μετρήσεων και των τεκτονικών αναλύσεων στο Dips, ακολουθείται η διαδικασία των αναλύσεων ευστάθειας για κάθε πρανές με την χρήση του Rockplane και Swedge της Rockscience. Επίσης λαμβάνεται υπόψη και η περίπτωση περιστροφικού τύπου ολισθήσεων με την χρήση Slide της Rockscience. Στις αναλύσεις ευστάθειας πρανών για επίπεδες και σφηνοειδείς ολισθήσεις η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι η εξής: Αρχικά έγινε η εισαγωγή των γεωμετρικών στοιχείων για κάθε πρανές (ύψος, γωνία κλίσης) και στη συνέχεια για τις ασυνέχειες, που μπορούν να εκδηλώσουν αστοχία (γωνία κλίσης, διεύθυνση κλίσης). Όσον αφορά την παρουσία νερού, επιλέχτηκαν τρεις καταστάσεις. Αυτές είναι: Καθόλου αποστράγγιση Μερική αποστράγγιση Πλήρης αποστράγγιση Επίσης, λήφθηκε υπόψη και η σεισμική επιτάχυνση που υπάρχει στην περιοχή μελέτης (a=0,16 m/s 2 ), σύμφωνα με την εικόνα 5.6 (ΕΑΚ, 2003). Η συνοχή και η γωνία τριβής των ασυνεχειών προέρχονται από τις εργαστηριακές δοκιμές άμεσης διάτμησης της τεχνικογεωλογικής μελέτης, (Δημαράς, 2006). 160

161 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στους επόμενους πίνακες παρουσιάζονται συνοπτικά τα αποτελέσματα των αναλύσεων ευστάθειας στα 3 πρανή. Πίνακας 7.2 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για το πρανές 1 Γωνία κλίσης Επίπεδη Συντελεστής Σφηνοειδής Συντελεστής ολίσθηση ασφάλειας F ολίσθηση ασφάλειας F - - F1=42.5 ΠΡΑΝΕΣ 1 65 o S/J2 F2=11.5 F3=5 Πίνακας 7.3 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για το πρανές 2 Γωνία κλίσης Επίπεδη ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=7.6 Σφηνοειδής ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=15.3 ΠΡΑΝΕΣ 2 65 o J2 F2=7.4 S/J2 F2=15.1 F3=0 F3=0 Πίνακας 7.4 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας για το πρανές 3 Γωνία κλίσης Επίπεδη ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=8.6 Σφηνοειδής ολίσθηση Συντελεστής ασφάλειας F F1=15.4 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o J2 F2=0 S/J1 F2=4.1 F3=0 F3=0 - - F1=13.3 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - S/J2 F2= F3=0 - - F1=13.4 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - S/J3 F2= F3=0 - - F1=2.3 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - J1/J2 F2=2.2 - F3= F1=8.5 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - J1/J3 F2=8.4 - F3=0 - - F1=14.9 ΠΡΑΝΕΣ 3 76 o - J2/J3 F2=0 - F3=0 161

162 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στους πίνακες 7.2, 7.3 και 7.4 φαίνονται συνοπτικά τα αποτελέσματα των αναλύσεων ευστάθειας και στα 3 πρανή σε επίπεδες και σφηνοειδής ολισθήσεις με τους τρεις συντελεστές ασφαλείας για τις τρεις διαφορετικές συνθήκες νερού που προαναφέραμε. Από τους παραπάνω πίνακες προκύπτουν τα εξής χρήσιμα συμπεράσματα: Αρχικά ο συντελεστής ασφάλειας που προκύπτει στο πρανές 1 είναι κατά πολύ μεγαλύτερος από τους συντελεστές ασφαλείας που προκύπτουν στα άλλα δύο πρανή. Αυτό είναι απόλυτα λογικό καθώς το πρανές 1 είναι το καλύτερο ποιοτικά. Στο πρανές 1 δεν προκύπτει καμία αστοχία. Αντίθετα στα άλλα δύο πρανή οι συντελεστές ασφαλείας είναι μηδενικοί μόνο στην περίπτωση όπου οι ασυνέχειες είναι πληρωμένες πλήρως με νερό (καθόλου αποστράγγιση). Εξαίρεση αποτελεί η σφηνοειδής ολίσθηση της J2 με την J3 στο πρανές 3, όπου προκύπτει μηδενικός συντελεστής ασφάλειας ακόμα και όταν είναι πληρωμένες μερικώς με νερό (μερική αποστράγγιση). Το πρανές 3 παρόλο που παρουσιάζει μεγάλη γωνία κλίσης (76 ο ) και είναι αρκετά αποσαθρωμένο σε σχέση με τα δύο προηγούμενα, παρουσιάζει μεγάλους συντελεστές ασφάλειας στις περιπτώσεις που οι ασυνέχειες αποστραγγίζονται. Αυτό είναι πιθανό να οφείλεται στο μικρό ύψος των πρανών (7m). 162

163 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στις αναλύσεις ευστάθειας πρανών για περιστροφικού τύπου ολισθήσεις η διαδικασία που ακολουθήθηκε ήταν η εξής: Οι τύποι γνευσιακής βραχόμαζας που χρησιμοποιήθηκαν στις αναλύσεις ευστάθειας ήταν ο τύπος ΙΙΙ που είναι αρκετά αποσαθρωμένος με έντονο κερματισμό και ο τύπος IV που είναι πλήρως αποσαθρωμένος και ο τύπος V που είναι πλήρως αποσαθρωμένος με ζώνες διάτμησης (shear zones) πάχους 5m, με πολύ πτωχά χαρακτηριστικά αντοχής Η γωνία κλίσης των πρανών είναι 65 ο και το συνολικό ύψος των πρανών είναι 20m. Υπάρχει και ένας αναβαθμός στο ύψος των 10m πλάτους 4m. Τα παραπάνω στοιχεία προκύπτουν από τα ήδη διαμορφωμένα πρανή στην περιοχή μελέτης. Στην περίπτωση του παράγοντα του νερού χρησιμοποιήθηκαν τρεις συνθήκες. Στην πρώτη συνθήκη να είναι μηδενική η επίδραση του νερού στην ευστάθεια του πρανούς, στην δεύτερη συνθήκη να υπάρχει μικρή επίδραση του νερού στην ευστάθεια του πρανούς και τέλος στην τρίτη περίπτωση να υπάρχει πιο έντονη επίδραση του νερού. Έτσι λοιπόν, δόθηκαν τιμές σε έναν συντελεστή R u που απεικονίζει την πίεση των πόρων του νερού. Οι τιμές που δόθηκαν είναι: R u =0 R u =0.1 R u =0.2 Στην περίπτωση της ζώνης διάτμησης ο συντελεστής R u παίρνει τιμές 0, 0.1 και 0.3. Οι γεωτεχνικές παράμετροι που χρησιμοποιήθηκαν στο μοντέλο είναι η συνοχή c, η γωνία τριβής φ και το φαινόμενο βάρος γ που αναφέρονται στους πίνακες 6.8 και 6.9. Τέλος προκύπτουν οι συντελεστές ασφαλείας που καθορίζουν αν υπάρχει αστάθεια (F<1) ή ευστάθεια (F>1)στο πρανές. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για τις αναλύσεις ευστάθειας ήταν οι εξής: i. Μέθοδος Bishop ii. Μέθοδος Morgenstern-Price iii. Μέθοδος Spencer 163

164 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Πίνακας 7. 5 Συγκεντρωτικά αποτελέσματα αναλύσεων ευστάθειας περιστροφικού τύπου Συντελεστής Ανάλυση Κλίση Μοντέλο ανάλυσης Νερό-R u ασφαλείας F α/α πρανούς (Μέθοδος Bishop) 1 Τύπος ΙΙΙ (έντονα αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙΙΙ (έντονα αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙΙΙ (έντονα αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙV (πλήρως αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙV (πλήρως αποσαθρωμένος) ο Τύπος ΙV (πλήρως αποσαθρωμένος) ο Τύπος V ( χωρίς ζώνες διάτμησης) ο Τύπος V ( χωρίς ζώνες διάτμησης) ο Τύπος V ( χωρίς ζώνες διάτμησης) ο Τύπος V ( με ζώνες διάτμησης) 0.2/ ο Τύπος V ( με ζώνες διάτμησης) 0.2/ ο Τύπος V ( με ζώνες διάτμησης) 0.2/ ο 1.11 Γενικά συμπεράσματα για τον πίνακα 8.1 Παρατηρώντας τον παραπάνω πίνακα διαπιστώνεται ότι ο τύπος ΙΙΙ παρουσιάζει τον μεγαλύτερο συντελεστή ασφαλείας (F= 3.69) και αυτό γιατί είναι και ο καλύτερος τύπος ποιοτικά. Αντίθετα ο τύπος με την έντονη αποσάθρωση και τις ζώνες διάτμησης παρουσιάζει τον μικρότερο συντελεστή ασφάλειας (F=1.1). Στην ουσία ευσταθεί οριακά. Όπως παρατηρείται στην ανάλυση 12, ο κύκλος ολίσθησης που προκύπτει βρίσκεται πάνω στις ζώνες διάτμησης οι οποίες έχουν πολύ πτωχά χαρακτηριστικά αντοχής. (c=50kpa, φ=23 ο, Marinos V, Goricki A, 2013). Επίσης, σημαντική είναι και η επίδραση του νερού-r u καθώς μειώνει τον συντελεστή ασφάλειας όσο αυτός αυξάνεται. 164

165 ΚΕΦ 8 ΣΥΝΟΨΗ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Γενικώς τα πρανή με τις παραμέτρους που λήφθηκαν υπόψη ευσταθούν έστω και οριακά (ανάλυση 12). Αυτό παρατηρείται και από την αυτοψία στην περιοχή-μελέτης, καθώς δεν παρατηρούνται περιστροφικού τύπου ολισθήσεις. Τέλος, όσον αφορά τη γνευσιακή βραχόμαζα, μπορεί να συναντηθεί με διάφορες μορφές κερματισμού και αποσάθρωσης σε μια απόσταση μερικών μέτρων οι οποίες να εναλλάσσονται συνεχώς. Υπάρχει το ενδεχόμενο να συναντηθεί με την μορφή συμπαγούς πετρώματος αλλά και έντονα σχιστοποιημένος διατμημένος. Επίσης, το ίδιο συμβαίνει και με την αποσάθρωση. Μπορεί να συναντηθεί γνεύσιος ελαφρά αποσαθρωμένος (πρανές 1) και πολύ αποσαθρωμένος (πρανές 3) σε διπλανές θέσεις. Η αποσάθρωση παίζει καθοριστικό ρόλο στη συμπεριφορά του γεωυλικού. Ο γνεύσιος όταν είναι έντονα αποσαθρωμένος εμφανίζει καλά μηχανικά χαρακτηριστικά, ενώ στην έντονη αποσαθρωμένη δομή του αυτά απομειώνονται. Επομένως μπορεί να προκύψει και διαφορετική μορφή αστοχίας. Άρα διαφορετική συμπεριφορά στο πρανές (περιστροφική ολίσθηση και όχι σφηνοειδής). 165

166 Ελληνική: ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Κούκης, Σαμπατακάκης, (2007) Γεωλογία Τεχνικών Έργων. Μουντράκης Δημοσθένης, (2010). Γεωλογία και Γεωτεχνική εξέλιξη της Ελλάδας. Μάραντος Ι., Κοσιάρης Γ., Καραντάση Σ., Περδικάτσης Β. Χρηστίδης Γ. (Δελτίο της Ελληνικής Γεωλογικής Εταιρείας, 2004): Πρόδρομη μελέτη εξαλλοιώσεων Τριτογενών ηφαιοστειοκλαστικών πετρωμάτων στην περιοχή Ασπρούλα, Νέα Σάντα, Ν. Ροδόπης. Μαρίνος Β. Μαρίνος Π. Hoek E. (2004). Γεωλογικός δείκτης αντοχής GSI. Εφαρμογή, συστάσεις, περιορισμοί και πεδία μεταβολών ανάλογα με τον τύπο του πετρώματος. Μαρίνος, Β. (2011). Διαφάνειες διαλέξεων στο διαδίκτυο γεωλογικές και περιβαλλοντικές μελέτες τεχνικών έργων. Μαρίνος, Β. (2007). Διδακτορικό. Γεωτεχνική ταξινόμηση και τεχνικογεωλογική συμπεριφορά ασθενών και σύνθετων γεωυλικών κατά τη διάνοιξη σηράγγων. Γεωτεχνικός τομέας, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Σακελλαρίου Μ. (2003), Εργαστηριακές δοκιμές βραχομηχανικής ΕΜΠ, εργαστήριο δομικής μηχανικής. ΑΙ Σοφιανός και ΠΠ Νομικός, (2008). Προχωρημένη μηχανική πετρωμάτων. Ευριπίδης Απ. Βασιλειάδης (2010), Διδακτορική διατριβή ζωνοποίηση της επικινδυνότητας των κατολισθητικών φαινομένων στον ελληνικό χώρο. Δημιουργία και εφαρμογή μοντέλων με γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών. Δημητράκη Λαμπρινή, (2014). Μεταπτυχιακή διατριβή, Βελτίωση της ευστάθειας του πρανούς στην κατασκήνωση της χριστιανικής αδελφότητας «Ελπίς στα Άνω Πορόϊα Ν. Σερρών. 166

167 Δήμητρα Νιώτη (2009) Πτυχιακή εργασία, Εργαστηριακές δοκιμές βραχομηχανικής σε μαργαιϊούς ασβεστόλιθους περιοχής Κύμης Ν. Εύβοιας. Πολυκρέτης Χρήστος (2013), Ανάπτυξη μοντέλων εκτίμησης της επιδεκτικότητας για εκδήλωση κατολίσθησης με τη χρήση μεθόδων γεωπληροφορικής και τεχνητής νοημοσύνης. Κ. Δημαράς ( Τεύχος 1,2,3 και 4, 2006): Οριστική Γεωλογική μελέτη. Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (ΕΑΚ, 2003). Σύμφωνα με τις τροποποιήσεις από το (ΦΕΚ 1154Β / ), Αγγλική: Michel Jaboyedoff, Thierry Oppikofer, Antonio Abella n Marc-Henri Derron, Alex Loye, Richard Metzger, Andrea Pedrazzini, (Springer 2010) : Use of LIDAR in landslide investigations: a review. Hengxing Lan, C. Derek Martin, Chenghu Zhou, Chang Ho Lim, (Geomorphology 2010): Rockfall hazard analysis using LiDAR and spatial modelling. M. Lato, J. Hutchinson, M. Diederichs, D. Ball, and R. Harrap (Nat. Hazards Earth Syst. Sci 2009), Engineering monitoring of rockfall hazards along transportation corridors: using mobile terrestrial LIDAR. William H. Schulz (2006), Landslide susceptibility revealed by LIDAR imagery and historical records, Seattle, Washington VARNES, D.J., (1978), Slope movements types and processes.. R.L. Schuster, R.L. Krizek (Eds.), Landslides: Analysis and Control. Special Report 176, Transportation Research Board, National Academy of Sciences, Washington, D.C. Adamantios Kilias, George Falalakis, Aristides Sfeikos, Eleftheria Papadimitriou, Agni Vamvaka. Chara Gkarlaouni, (Tectonophysics, 2013): The Thrace basin in the Rhodope province of NE Greece A tertiary supradetachment basin and its geodynamic implications. 167

168 Jean-Pierre Burg (Journal of Virtual Explorer, 42, 2012): Rhodope: From Mesozoic convergence to Cenozoic extension. Review of petro-structural data in the geochronological frame. Guido Meinhold, Dimitrios K. Kostopoulos (Tectonophysics, 2012): The Circum-Rhodope Belt, northern Greece: Age, provenance, and tectonic setting. Krahn J., 2004 Stability Modeling with Slope/w, An engineering Methodology. Marinos V, Goricki A (2013) The engineering geological behaviour of disturbed and weathered gneiss in slopes. The case of the vertical axis of Egnatia Motorway, Komotini-Nymfea, Northern Greece. Πρακτικά 13 ου διεθνούς συνεδρίου Χανιά. Heike Willenberg, Simon Loew, Erik Eberhardt,, Keith F. Evans, Thomas Spillmann, Björn Heincke, Hansruedi Maurer, Alan G. Green, (2008), Internal structure and deformation of an unstable crystalline rock mass above Randa (Switzerland): Part I Internal structure from integrated geological and geophysical investigations. T.G. Carter, V. Marinos (2013) Use of GSI for Rock Engineering Design. Marc-Andre Brideau, Scott McDougall, Doug Stead, Steve G. Evans, Re jean Couture, Kevin Turner, (2012). Three-dimensional distinct element modelling and dynamic runout analysis of a landslide in gneissic rock, British Columbia, Canada. 168

169 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Μετρήσεις ασυνεχειών για το πρανές 1 Μετρήσεις ασυνεχειών για το πρανές 2 Dip Dip Direc. Dip Dip Direc. Dip Dip Direc. Dip Dip Direc

170 Μετρήσεις ασυνεχειών για το πρανές 3 Dip Dip Direc Dip Dip Direc

171 Αναλύσεις ευστάθειας περιστροφικού τύπου (Slide 5.0) Ανάλυση 1. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙΙΙ, Ru=0.2) Ανάλυση 2. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙΙΙ, Ru=0.1) 171

172 Ανάλυση 3. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙΙΙ, Ru=0) Ανάλυση 4. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙV, Ru=0.2) 172

173 Ανάλυση 5. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙV, Ru=0.1) Ανάλυση 6. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος ΙV, Ru=0) 173

174 Ανάλυση 7. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V, Ru=0.2) Ανάλυση 8. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V, Ru=0.1) 174

175 Ανάλυση 9. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V, Ru=0) Ανάλυση 10 Aνάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V, Ru=0.3) 175

176 Ανάλυση 11. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V, Ru=0.1) Ανάλυση 7. Ανάλυση ευστάθειας πρανούς σε 65 ο γωνία κλίσης (Τύπος V, Ru=0) 176

177 Φωτογραφίες δειγμάτων για PLT 177

178 178

179 179

180 180