ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΙΙ. Έρευνα και αξιολόγηση γεωλογικών / γεωτεχνικών προβλημάτων στα τεχνικά έργα

Transcript

1 ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΙΙ Έρευνα και αξιολόγηση γεωλογικών / γεωτεχνικών προβλημάτων στα τεχνικά έργα ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΜΕΑΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΠΘ

2 ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Το μάθημα ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΙΙ αποτελεί συνέχιση και περαιτέρω εξειδίκευση των πρακτικών αντικειμένων που διδάσκονται στο μάθημα κορμού 3 ου εξαμήνου ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ Ι. Το αντικείμενο του μαθήματος αναφέρεται στη διερεύνηση και αξιολόγηση γεωλογικών / γεωτεχνικών προβλημάτων σε τεχνικά έργα καθώς και σε τεχνικές δυνατότητες αντιμετώπισης τους. Οι κύριες θεματικές ενότητες είναι: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΑΖΩΝ ΥΠΟΓΕΙΟ ΝΕΡΟ ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΣΕ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ Τα επί μέρους αντικείμενα περιλαμβάνουνι: Προγράμματα επι τόπου έρευνας σε τεχνικά έργα Τεχνολογίες έρευνας υπεδάφους και γεωφυσικές διασκοπήσεις Εργαστηριακές και επι τόπου δοκιμές μέτρησης των μηχανικών ιδιοτήτων Επί τόπου δοκιμές μέτρησης των μηχανικών ιδιοτήτων Ταξινομήσεις πετρωμάτων για τεχνικούς σκοπούς Εκσκαψιμότητα γεωλογικών υλικών Υδραυλικά χαρακτηριστικά της ασυνεχούς βραχομάζας Προβληματικές καταστάσεις τεχνικών έργων λόγω γεωλογικών προβλημάτων. Γεωλογικό και γεωτεχνικό ρίσκο στα τεχνικά έργα Θέματα διαχείρισης Το παρόν τεύχος περιλαμβάνει επιλεγμένες διαφάνειες και επεξηγήσεις από τα μαθήματα των μελών της διδακτικής ομάδας. Διδακτική Ομάδα 2011/12 Α. Δημάδη, Λέκτορας Σ. Μανωλοπούλου, Επ. Καθ. Η. Μπακάσης, Λέκτορας Σ. Μπαντής, Καθηγητής

3 ΓΕΝΙΚΑ Τα περισσότερα έργα Πολιτικού Μηχανικού στο φυσικό ή δομημένο περιβάλλον κατασκευάζονται και λειτουργούν σε ΑΜΕΣΗ ΕΠΑΦΗ ΚΑΙ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΕ ΤΟ ΥΠΕΔΑΦΟΣ ΕΔΑΦΟΣ Γεωλογικό υλικό που είναι δυνατό να αποτριβεί εύκολα στα συστατικά του με ελαφρά πίεση των δακτύλων. Η εκσκαφήτουείναιδυνατήμε χρήση μηχανικών μέσων. Κύρια κριτήρια ταξινόμησης η διαβάθμιση, η πλαστικότητα καιτοοργανικόπεριεχόμενο. Χαρακτηρίζονται γενικώς ως συνεκτικά (π.χ. άργιλοι) και αδρομερή (π.χ. άμμοι). ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΗ ΖΩΝΗ (ΓΑΙΩΔΗ ΥΛΙΚΑ) ΠΕΤΡΩΜΑ Άρρηκτο* ή ακέραιουλικόμε μονοαξονική θλιπτική αντοχή 5MPa. Για την εκσκαφή του απαιτείται η χρήση εκρηκτικών υλών. ΥΠΕΔΑΦΟΣ Έδαφος Αποσαθρωμένο πέτρωμα Υγιές πέτρωμα ΣΗΜΑΝΤΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟ ΥΠΕΔΑΦΟΣ Βάθος εδαφικού στρώματος Τύποι εδαφών - Στρωματογραφία Φυσική υγρασία - Παρουσία υπόγειου νερού Ποιότητα (φυσικές και μηχανικές ιδιότητες αντοχή και παραμορφωσιμότητα) Βαθμός αποσάθρωσης (β.α) Μεταβολή β.α. εις βάθος Παρουσία υπόγειου νερού Φυσικές και μηχανικές ιδιότητες αντοχή και παραμορφωσιμότητα Τύποι πετρωμάτων Στρωματογραφία Δομή πετρωμάτων (διακλάσεις, ρήγματα) Παρουσία υπόγειου νερού Φυσικές και μηχανικές ιδιότητες αντοχή και παραμορφωσιμότητα

4 >10 km ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ Τμήμα γεωλογικού σχηματισμού στη γειτνίαση και άμεση επαφή με ένα τεχνικό έργο. ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΙ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ Ενότητες γεωλογικών υλικών παρόμοιου τύπου και προέλευσης. Στερεός φλοιός ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ π.χ. ~1-5 km ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ π.χ m ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ π.χ m Η βραχομάζα επηρεάζει άμεσα την ασφάλεια του έργου και καθορίζει τον τεχνικό σχεδιασμό του (π.χ. σε περίπτωση σήραγγας τη μέθοδο διάνοιξης, γεωμετρία διατομής, μέτρα προσωρινής υποστήριξης, οριστική επένδυση, μέτρα στεγανοποίησης.

5 Η βραχομάζα αποτελεί φέρον ή φορτίζον φυσικό δομικό στοιχείο των περισσότερων τεχνικών έργων Βραχώδη υλικά για την κατασκευή αντιρήδας σταθεροποίησης του πρανούς Βραχομάζα ως φορτίζον στοιχείο Βραχομάζα ως φέρον στοιχείο θεμελίωσης Βραχομάζα ως φέρον στοιχείο ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ =βραχώδες υλικό (πέτρωμα + δομικές ασυνέχειες ΚΥΡΙΕΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ (ΜΕΓΑΛΗΣ ΣΥΝΕΧΟΤΗΤΑΣ) + ΔΕΥΤΕΡΕΥΟΥΣΕΣ ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ = ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ

6 ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Ο σχεδιασμός μιας γεωτεχνικής κατασκευής προσβλέπει στον έλεγχο των μετακινήσεων συστήματος γεωμάζας κατασκευής υπό την επενέργεια των διαφόρων επιιβαλλόμενων φορτίσεων. Ελεγχος μετακινήσεων : Νοείται ο περιορισμός τους σε όρια τιμών, οι οποίες να μη Δημιουργούν κινδύνους δομικής ή λειτουργικής αστοχίας της κατασκευής Επιβαλλόμενες φορτίσεις: Προκύπτουν ως το συνιστάμενο αποτέλεσμα φορτίσεων λόγω ιδίου βάρους, ανακατανομής αρχικών τασικών συνιστωσών και εξωτερικών φορτίσεων (π.χ. σεισμικών) συμπεριλαμβανομένων και των προερχόμενων από τη λειτουργία της ΑΛΛΗΛΟΥΧΙΑ ΦΑΣΕΩΝ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΝΟΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΟΥ ΕΡΓΟΥ 1 - Σύνθεση του γεωλογικού μοντέλου της ενεχόμενης γεωμάζας 2 - Θέσπιση ειδικού κινηματικού κριτηρίου ανάλογα με τον τύπο της κατασκευής 3 - Επιλογή τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού (παραμορφωσιμότητας και αντοχή) 4 - Σχεδιασμός της γεωτεχνικής κατασκευής και έλεγχοι στις οριακές καταστάσεις λειτουργίας και αστοχίας 5 - Παρακολούθηση της γεωτεχνικής κατασκευής στα στάδια κατασκευής και λειτουργίας προς επιβεβαίωση των παραδοχών σχεδιασμού ή άλλως προς έγκαιρη τροποποίηση του αρχικού σχεδιασμού

7 1 Σύνθεση του γεωλογικού μοντέλου της ενεχόμενης γεωμάζας που θα αναπαριστά τα κύρια γεωλογικά δεδομένα : Τύπους υλικών, Εγκάρσια και μηκοτομική κατανομή των γεωλογικών υλικών Αποσάθρωση Αρχικό εντατικό πεδίο Δομές ρήγματα, πτυχώσεις, ασυνέχειες) Υπόγειο νερό ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΙ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΡΗΓΜΑΤΑ ΕΙΣΡΟΗ ΝΕΡΟΥ ΥΨΗΛΕΣ ΠΙΕΣΕΙΣ 2 - Θέσπιση ειδικού κινηματικού κριτηρίου συμβιβαστό με τον τύπο του εκάστοτε προβλήματος, π.χ. Μέγιστη επιτρεπτή καθίζηση (θεμελίωση) Απόκλιση μετώπων εκσκαφής από την κατακόρυφο (αντιστήριξη) Σύγκλιση περιμέτρου υπόγειας εκσκαφής (σήραγγα), κλπ. R u h Δs=f(B, h) L π.χ προσωρινή υποστήριξη L / u > 250 u αποδεκτή μόνιμη υποστήριξη L / u > 500 π.χ. Μεμονωμένα πέδιλα: Ολική καθίζηση 30-60mm Διαφορικές καθιζήσεις: 50-75% ολικής B

8 3 - Επιλογή τιμών των παραμέτρων σχεδιασμού (παραμορφωσιμότητα και αντοχή) : Καθορισμός εύρους τιμών και χαρακτηριστικής τιμής ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΤΙΜΗ : Αντιπροσωπεύει τιμή παραμέτρου μικρότερη της οποίας αντιστοιχεί σε καθορισμένο ποσοστό των μετρήσεων. Αν υποθέσουμε κανονική κατανομή των μετρήσεων,περ. 95% των τιμών βρίσκεται μεταξύ -1.64Ζ και % Χαρακτηριστική τιμή παραμέτρου 95.44% f κ = f m 1.64σ z -3σ -2σ -1σ 0 1σ 2σ 3σ 4 - Σχεδιασμός της γεωτεχνικής κατασκευής και έλεγχοι στις οριακές καταστάσεις λειτουργίας και αστοχίας Ως αστοχία νοείται η μη αποδεκτή διαφορά μεταξύ αναμενόμενης και τελικά καταγραφόμενης επιτελεστικότητας μιας κατασκευής. Ο ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ εκφράζει το εύρος διαφοράς μεταξύ αναμενόμενης και πραγματικής επιτελεστικότητας. ΕΝΙΑΙΟΣ ΜΕΡΙΚΟΣ R(αντιδράσεις) / F(δράσεις) Μειωτικός των αντιδράσεων Αυξητικός των δράσεων

9 ΤΕΧΝΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ (ΑΡΡΗΚΤΩΝ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΥΛΙΚΩΝ) Ως άρρηκτο ή ακέραιο υλικό νοείται τεμάχιο βραχώδους υλικού χωρίς μακροσκοπικές δομικές ατέλειες, του οποίου η μηχανική συμπεριφορά ελέγχεται από τα πετρογραφικά χαρακτηριστικά, ανεξαρτήτως του βαθμού αποσάθρωσης του υλικού. Δομικές ατέλειες Μηχανική συμπεριφορά Πετρογραφικά χαρακτηριστικά 5 cm Αποσάθρωση ΔΟΜΙΚΕΣ ΑΤΕΛΕΙΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ Πόροι, μικρορωγμές ΜΑΚΡΟΣΚΟΠΙΚΗΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ Διαρρήξεις, επαφές Πόροι 5 mm 500 mm Πορώδες (n) = Ογκος κενών / Συνολικό Όγκο <1% έως ~40%

10 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΩΝ ΠΟΡΩΝ ΚΑΙ ΜΙΚΡΟΡΩΓΜΩΝ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Μη γραμμική σχέση τάσης παραμόρφωσης. Μείωση της αντοχής σε θλίψη και εφελκυσμό Διασπορά στα αποτελέσματα δοκιμών Ανισοτροπία Διάδοση ρωγμών Ασταθής κατάσταση Θραύση Σταθερή κατάσταση Ελαστική Συμπεριφορά Συμπίεση μικρορωγμών ΚΑΘΗΖΙΣΗ ΘΑΛΑΣΣΙΑΣ ΕΞΕΔΡΑΣ ΑΝΤΛΗΣΗΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ EKOFISK /NORTH SEA

11 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΚΑΘΙΖΗΣΗΣ Αρχικές ολικές πιέσεις P=20 kn/m3x4500m=90mpa Ενεργές πιέσεις: 90 MPa υδροστατική πίεση του πετρελαίου (~70 ΜPa) = 20 Mpa. Λόγω άντλησης πετρελαίου αυξήθηκαν οι ενεργές πιέσεις προκαλώντας συμπίεση του πορώδους (n=40%) πετρώματος Η μέιωση όγκου του πετρώματος παρείχε δυνατότητα διάτμησης των ασυνεχειών προκαλώντας περαιτέρω «συμπύκνωση» της βραχομάζας. Οι φυσικές και μηχανικές ιδιότητες των πετρωμάτων εξαρτώνται από : ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ (ποσοστιαία αναλογία των ορυκτών συστατικών που συνθέτουν το πέτρωμα). Τα συνηθέστερα ορυκτά συστατικά των πετρωμάτων είναι: Αστριοι Χαλαζίας Ασβεστίτης - Μαρμαρυγίες ΙΣΤΟ (μέγεθος, σχήμα, τρόπο σύνδεσης των ορυκτών) ΥΦΗ (διάταξη των ορυκτών συστατικών).

12 ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΠΥΡΙΓΕΝΗ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΗ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΑ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΥΛΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΥΦΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ ΔΟΜΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ ΑΝΤΟΧΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ ΚΥΡΙΩΤΕΡΟΙ ΤΥΠΟΙ Κρυσταλλοποίηση μάγματος Εσωτερικό της γης - Ροές λάβας Κρύσταλλοι ορυκτού σε συναρμογή Συμπαγής Υψηλή, σχετικά ομοιόμορφη Γρανίτης, βασάλτης Υλικά επιφανειακής διάβρωσης Λεκάνες απόθεσης, κυρίως θαλάσσιο περιβάλλον Ανεξάρτητοι κόκκοι με συνδετικό υλικό Με διαστρώσεις Μέτρια-Χαμηλή με εύρος διακύμανσης Ψαμμίτης, Ασβεστόλιθος, Μάργα, Αργιλος Επιβολή υψηλών θερμοκρασίων και / ή πιέσεων Σε μεγάλα βάθη συνήθως στο εσωτερικό μεγάλων οροσειρών Κρύσταλλοι ορυκτών σε συναρμογή Κρύσταλλοι προσανατολισμένοι λόγω ισχυρών πιέσεων Υψηλή με εύρος διακύμανσης Σχιστόλιθος, φυλλίτης ΠΥΡΙΓΕΝΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑ ΓΡΑΝΙΤΗΣ - ΝΟΡΒΗΓΙΑ ΜΕΤΑΜΟΡΦΩΜΕΝΟ ΠΕΤΡΩΜΑ ΓΝΕΥΣΙΟΣ ΧΕΡΣΟΝΗΣΟΣ ~1m ΑΘΩ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΣ - ΙΡΛΑΝΔΙΑ

13 ΔΟΜΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ Ο δομικός ιστός καθορίζεται από το μέγεθος, το σχήμα και τον τρόπο σύνδεσης των ορυκτών κόκκων. Ταξινόμηση δομικού ιστού με βάση το μέγεθος των ορυκτών κόκκων Πολύ χονδόκοκκος > 2mm Χονδρόκοκκος Μεσόκοκκος Λεπτόκοκκος Πολύ λεπτόκοκκος < 0.06 Λεπτόκοκκο Μεσόκοκκο Χονδρόκοκκο ΥΦΗ Η υφή περιγράφει τη χωρική (δηλ. τρισδιάστατη) διάταξη των ορυκτών που συγκροτούν ένα πέτρωμα. Επομένως, η υφή αποτελεί ένα μέτρο ομογένειας του υλικού. ΙΣΟΤΡΟΠΟ ΟΜΟΓΕΝΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑ π.χ γρανίτης ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΟ ΑΝΟΜΟΓΕΝΕΣ ΠΕΤΡΩΜΑ π.χ. γνεύσιος ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΑ ΑΡΡΗΚΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ

14 ΟΡΥΚΤΟΛΟΓΙΚΗ ΣΥΣΤΑΣΗ ΠΥΡΙΓΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΛΑΒΑ : ΗΦΑΙΣΤΕΙΑΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΒΑΣΑΛΤΗΣ ΑΝΔΕΣΙΤΗΣ ΔΑΚΙΤΗΣ ΡΥΟΛΙΘΟΣ Οι ροές λάβας δημιουργούν πετρώματα με 0-50% κρυσταλλική ορυκτά εγκλειόμενα σε πολύ λεπτόκοκκη άμορφη (υαλώδη) μάζα και/ή μικροσκοπικά ορυκτά ΠΛΟΥΤΩΝΕΙΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΜΑΓΜΑΤΟΣ ΓΑΒΒΡΟΣ ΔΙΟΡΙΤΗΣ ΓΡΑΝΔΙΟΡΙΤΗΣ ΓΡΑΝΙΤΗΣ Χονδρόκοκκα πετρώματα πλήρως κρυσταλλικής μορφής με εμπλεκόμενους κρυστάλλους ορυκτών στις αναλογίες που υποδεικνύονται στο γράφημα. Σκουρόχρωμα ορυκτά πλούσια σε σίδηρο και μαγνήσιο,όπως: ολιβίνης πυρόξενοι κεροστίλβη βιοτίτης ΑΣΤΡΙΟΙ Πλαγιόκλαστα Αλκαλικοι ΆΣΤΡΙΟΙ % ΠΟΣΟΣΤΙΑΙΑ ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΚΑΤΑ ΟΓΚΟ ΟΡΥΚΤΩΝ ΣΕ ΠΥΡΙΓΕΝΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ. ΧΑΛΑΖΙΑΣ ΨΑΜΜΙΤΕΣ ΑΡΓΙΛΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΙ ΔΟΛΟΜΙΤΕΣ ΨΑΜΜΙΤΕΣ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΙ ΔΟΛΟΜΙΤΕΣ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΙ ΔΟΛΟΜΙΤΕΣ ΨΑΜΜΙΤΕΣ ΨΑΜΜΙΤΕΣ ΑΡΓΙΛΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΑΡΓΙΛΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΙ ΔΟΛΟΜΙΤΕΣ ΑΡΓΙΛΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΛΑΤΕΡΙΤΕΣ ΑΡΓΙΛΙΚΑ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΛΑΤΕΡΙΤΕΣ ΒΩΞΙΤΕΣ ΒΩΞΙΤΕΣ ΛΑΤΕΡΙΤΕΣ ΒΩΞΙΤΕΣ ΙΖΗΜΑΤΑ ΠΟΛΥ ΣΠΑΝΙΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΧΗΜΙΚΗΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΙΖΗΜΑΤΟΓΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ, UCS (MPa) F ΓΡΑΝΙΤΗΣ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΣ A ΨΑΜΜΙΤΗΣ ΦΥΛΛΙΤΗΣ ΜΑΡΓΑ ΕΔΑΦΗ UCS (Uniaxial compressive strength) = F / A ΕΔΑΦΗ ΧΑΜΗΛΗ Μ ΥΨΗΛΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ ΒΕΤΟΝ ΧΑΛΥΒΑΣ

15 ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ Ορίζεται ως το σύνολο των φυσικών διεργασιών μηχανικής και χημικής μεταβολής / διάσπασης των πετρωμάτων. Η μηχανική αποσάθρωση κυρίως οφείλεται σε κλιματολογικούς παράγοντες (παγετός, συχνές θερμικές εναλλαγές) και προκαλεί διάσπαση του πετρώματος σε μικρά τεμάχια. Η χημική αποσάθρωση προκαλεί χημική διάσπαση των ορυκτολογικών συστατικών και δημιουργία νέων. Κύριες διεργασίες είναι η οξείδωση, υδρόλυση, ενυδάτωση και διάλυση. Η ευαλώτητα των πετρωμάτων σε φυσικές ή χημικές μεταβολές (αποσαθρωσιμότητα) εξαρτάται από φυσικά χαρακτηριστικά όπως το πορώδες, μέγεθος κόκκων, τύπο συνδετικού υλικού και τη χημική σταθερότητα των κύριων ορυκτών συστατικών. Ο ρυθμός μηχανικής αποσάθρωσης είναι αυξημένος σε πετρώματα με χονδρόκοκκα ορυκτά συστατικά. Τα λεπτόκοκκα ορυκτά είναι γενικώς περισσότερο ευάλωτα σε χημική αποσάθρωση. Χημικες Διεργασιες ΚαολινΙτίωση ( = μετατροπή των Κ- ή Ca- αστρίων σε αργιλικό ορυκτό καολινίτη ή ιλλίτη). Μετατροπή των πλαγιόκλαστων (αστρίων) σε μοντμοριλλονίτη (διογκούμενο ορυκτό). Ενυδρίωση μαρμαρυγιών που δημιουργεί ορυκτά αργίλου. Χλωριτίωση ( = μετατροπή αμφιβόλων και πυρόξενων σε χλωρίτη). Σερπεντινίωση ( = μετατροπή του ολιβίνη σε σερπεντίνη). Επίσης σε διαφορετικό χημικό περιβάλλον (παρουσία SiO4), ολιβίνης τάλκη.

16 ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΙΚΟΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΛΙΘΟΣΥΝΤΡΙΜΜΑ ΠΡΟΕΡΧΟΜΕΝΟ ΑΠΟ ΤΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΔΙΑΣΠΑΣΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΙΚΟΥ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ ΣΤΑΔΙΑ ΧΗΜΙΚΗΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ ΓΡΑΝΙΤΙΚΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ Αρχικό στάδιο αποσάθρωσης (αποχρωματισμός) Ενδιάμεσο στάδιο (σφαιροειδής αλλοίωση) Τελικό στάδιο αποσάθρωσης (μετατροπή σε εδαφικό υλικό)

17 Κατηγορία A B C ΤΕΧΝΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ σ c Τύποι πετρωμάτων Περιγραφή αντοχής Πολύ υψηλή Υψηλή Μέση Μονοαξονική θλιπτική αντοχή, σ c (MPa) > > Χαλαζίες, διάβασης, βασάλτες Τα περισσότερα από τα πυριγενή πετρώματα, τα ισχυρά μεταμορφωμένα, σκληροί ψαμίτες, ασβεστόλιθοι, δολομίτες Ελαφρά μεταμορφωμένα πετρώματα, πορώδες ψαμίτες, σχιστώδη πετρώματα D Χαμηλή Πορώδη, πετρώματα, αδύνα-μοι ψαμίτες, αργιλικοί σχιστόλιθοι διάφορα εξαλλοιωμένα πετρώματα E Πολύ χαμηλή < 25 Όπως η κατηγορία D ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΣΥΜΦΩΝΑ ΜΕ ΤΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΜΟΤΗΤΑ ΑΣΒΕΣΤΟΛΙΘΟΣ & ΔΟΛΟΜΙΤΗΣ Σταθερά Young, E ΨΑΜΜΙΤΗΣ ΑΡΓΙΛΛΙΚΟΣ ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΟΣ Μονοαξονική θλιπτική αντοχή, qu ΚΑΤΗΓΟ ΡΙΑ VI V IV III ΙΙ I ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ Εδαφικό (παραμένον) υλικό Εξαιρετικά αποσαθρωμένο πέτρωμα Ισχυρά αποσαθρωμένο πέτρωμα Μέτρια αποσαθρωμένο πέτρωμα Ελαφρά αποσαθρωμένο πέτρωμα Υγιές πέτρωμα Βαθμός ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΑΠΟΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΠΤΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟ ΒΑΘΜΟ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ

18 ΠΟΙΚΙΛΙΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΜΑΖΩΝ Πυρήνες γεωτρήσεων από διάφορα τεχνικά έργα που καταδεικνύουν το μεγάλο εύρος φυσικών καταστάσεων των γεωλογικών μαζών. 1 Αποσαθρωμένη βραχομάζα (αποχρωματισμός και μείωση αντοχής ακέραιου υλικού) Εντονότερη αλλοίωση των τοιχωμάτων των ασυνεχειών 2 Κατακερματισμένη βραχομάζα σε ζώνη ρήγματος 3 Συμπαγής, αδιατάρακτη βραχομάζα 4 Θραύσεις των πυρήνων σε (κλειστά) επίπεδα στρώσεων λόγω εκτόνωσης υψηλών τάσεων κατά τη διάτρηση 5 Επιφανειακή ζώνη αποσάθρωσης και επαφή με μητρικό πέτρωμα 6 Ζώνη ρήγματος σε συμπαγή βραχομάζα

19 Παράδειγμα τεχνικής περιγραφής τριών ζωνών βραχομάζας με διαφορετικό βαθμό αποσάθρωσης. Η χρησιμοποίηση τεχνικά ακριβούς και τυποποιημένης ορολογίας διευκολύνει την επικοινωνία μεταξύ των ενδιαφερομένων, επιτρέπει συγκρίσεις με προγενέστερες εμπειρίες, κλπ. Τελείως εξαλλοιωμένο πέτρωμα Α B C PW 90/100% A ΖΩΝΗ C Υψηλής αντοχής, ελαφρά αποσαθρωμένος (β.α.i-iι), μεσόκοκκος ΓΡΑΝΙΤΗΣ, μέτρια διακλασμένος, βραχόμαζα υγρή χωρίς εκροές, RQD=75-90% 0 20 ΖΩΝΗ Β Μέσης αντοχής ισχυρά αποσαθρωμένος (β.α. III- IV), λεπτόκοκκος ΓΡΑΝΙΤΗΣ, πολύ πυκνά διακλασμένος, επιφάνειες οξειδωμένες, βραχόμαζα υγρή, τοπικές εκροές, RQD<25% ΖΩΝΗ Α Χαμηλής αντοχής, έξαιρετικά αποσαθρωμένος (β.α.iv- V), μεσόκοκκος ΓΡΑΝΙΤΗΣ, κατακερματισμένος, επιφάνειες ασυνεχειών με άργιλο, βραχόμαζα με εκροές, RQD= 0-25% β.α. = βαθμός αποσάθρωσης Περιγραφή βραχωδών μαζών σύμφωνα με την πυκνότητα (απόσταση επανάληψης s )των ασυνεχειών: ΣΥΜΠΑΓΗΣ : s >6m ΠΟΛΥ ΑΡΑΙΑ ΔΙΑΚΛΑΣΜΕΝΗ: s=2-6m ΑΡΑΙΑ ΔΙΑΚΛΑΣΜΕΝΗ: s=0.6-2m ΜΕΤΡΙΑ ΔΙΑΚΛΑΣΜΕΝΗ: s= mm ΠΥΚΝΑ ΔΙΑΚΛΑΣΜΕΝΗ: s= mm ΠΟΛΥ ΠΥΚΝΑ ΔΙΑΚΛΑΣΜΕΝΗ: s=20-60mm ΚΑΤΑΚΕΡΜΑΤΙΣΜΕΝΗ: s<20mm RQD (Rock Quality Designation)= δείκτης ποιότητας πετρώματος ανάλογα με την πυκνότητα των ασυνεχειών (βλ. παρακάτω).

20 ΒΑΘΜΟΣ ΚΕΡΜΑΤΙΣΜΟΥ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ (RQD = Rock Quality Designation) Αθροιστικό μήκος των τεμαχίων άρρηκτου πετρώματος μήκους 100mm μεταξύ φυσικών ασυνεχειών, εκφραζόμενο ως % ποσοστό του συνολικού μήκους διάτρησης. RQD (%) Περιγραφή ποιότητας Πολύ πτωχή Πτωχή Μέτρια Καλή Εξαιρετική

21 ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΕΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΩΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΔΟΜΙΚΟΥ ΜΕΣΟΥ Ανομογένεια Ανισοτροπία Ανελαστικότητα Ο βαθμός εκδήλωσης των ανωτέρω και επομένως η τεχνική σημασία στη μηχανική συμπεριφορά της βραχομάζας εξαρτώνται από τη διεύθυνση επιβολής των τάσεων σε σχέση με τον προσανατολισμό των ασυνεχειών που τη διατέμνουν και τον υπό φόρτιση όγκο (π.χ. V1 V2 V3 και σ = f(α) σ α Τα περισσότερα άρρηκτα βραχώδη υλικά διαθέτουν υψηλή δυσκαμψία και ψαθυρή συμπεριφορά. Οι ασυνέχειες μειώνουν τη δυσκαμψία ανάλογα με τον προσανατολισμό τους και τη συχνότητα παρουσίας τους. F A F B F A V3 V2 V1 ΔΥΝΑΜΗ F F B ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ v V1 σ V3 V2 V1 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΟΓΚΟΥ ΤΗΣ ΕΝΕΧΟΜΕΝΗΣ ΜΑΖΑΣ σ V2 V3 Οπροσδιορισμός των μηχανικών ιδιοτήτων και συμπεριφοράς βραχομαζών παραμένει χωρίς κοινά αποδεκτή μεθοδολογία στην πράξη. ε σ α ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ ΕΠΙΦΟΡΤΙΣΗΣ σ V1 V3 α Επίδραση των Ασυνεχειών στη Μηχανική Συμπεριφορά και Αντοχή Βραχωδών Μαζών

22 σ 1 σ 1 σ 1 F B σ α σ 3 σ 3 σ 3 τ β 0 Ο 45 Ο 90Ο β=45 ο +Φ/2 σ 1 σ 3 F B ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΙΑ 0 ο 45 ο 90 ο ΚΛΙΣΗ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑΣ,α ΑΡΡΗΚΤΟ ΥΛΙΚΟ Κριτήριο αντοχής Mohr-Coulomb: Αστοχία λαμβάνει χώρα κατά μήκος επιφάνειας θραύσης που δημιουργείται κατά την υπέρβαση της εγγενούς αντοχής του υλικού (συνοχή, c). Κατά τη στιγμή κατάλυσης της c κατά μήκος της επιφάνειας θραύσης που δημιουργείται με κλίση β ως προς τη οριζόντιο, ενεργοποιείται αντίσταση τριβής σε συνάρτηση με την ασκούμενη ορθή τάση σ. τ = c + σ tanφ rock 2c cosφ σ = + rock 1 σ 3 1 sin Φ rock 1+ sin Φ 1 sin Φ rock rock ΑΡΡΗΚΤΟ ΥΛΙΚΟ ΜΕ ΜΙΑ ΔΙΑΤΡΕΧΟΥΣΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΑ Κριτήριο αντοχής Mohr-Coulomb: Αστοχία λαμβάνει χώρα με θραύση του άρρηκτου υλικού ή ολίσθηση κατά μήκος της ασυνέχειας ή συνδυασμένα ανάλογα με την κλίση της προϋπάρχουσας ασυνέχειας και της Φ. τ = σ tanφ discontinuity tan( a + Φ σ 1 = σ 3 tan a discontinuit y )

23 Παράδειγμα αριθμητικής προσομοίωσης τριαξονικής δοκιμής πετρώματος με διατρέχουσες ασυνέχειες δ=0 ο, σ 3 =0.5MPa δ=60 ο, σ 3 =0.5MPa σ 3 (MPa) α 0.25 δ=90 (a) ο - α Θραύση δια μέσου του πετρώματος Αστερiσκοι ερυθρού χρώματος δηλώνουν σημεία διαρροής κατά Coulomb. Ολίσθηση κατά μήκος ασυνεχειών Η ολίσθηση σημειώνεται με ερυθρή διαγράμμιση παράλληλα προς το επίπεδο που συμβαίνει. Το πάχος των γραμμών αναλογεί στο μέγεθος της διατμητικής μετατόπισης.

24 ΤΕΧΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΒΡΑΧΟΥ Ηπεριγραφή των φυσικών χαρακτηριστικών των ασυνεχειών παρέχει ουσιώδη στοιχεία για το χαρακτηρισμό της γεωτεχνικής ποιότητας της βραχόμαζας. προσανατολισμός αριθμός συστημάτων ασυνεχειών απόσταση επανάληψης (πυκνότητα) ασυνεχειών συνεχότητα των επιπέδων τραχύτητα τοιχωμάτων αντοχή υλικού τοιχωμάτων άνοιγμα τοιχωμάτων υλικό πληρώσεως ροή νερού

25 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ ΔΟΜΙΚΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΔΙΟΤΗΤΩΝ ΔΟΜΙΚΗ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ - ΣΤΕΡΕΟΓΡΑΦΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Παραδείγματα ΕΠΙΠΕΔΗ ΟΛΙΣΘΗΣΗ 140 ο / 80 ο 145 ο / 50 ο 0 80 ο 0 ΣΦΗΝΟΕΙΔΗΣ ΟΛΙΣΘΗΣΗ ο / 60 ο 220 ο / 40 ο Διεύθυνση κλίσεως πρανούς ΠΡΑΝΕΣ 170 / 65 0 Ευθεία τομής των επιπέδων Ν ΠΡΑΝΕΣ 160/70 220/40 145/60 ΤΟΜΗ ΕΠΙΠΕΔΩΝ Β

26 ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΥ ΦΥΣΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ ΔΟΚΙΜΕΣ = Μετρητικές διαδικασίες επι δειγμάτων υλικών για τον προσδιορισμό δεικτών που περιγράφουν τα φυσικά χαρακτηριστικά και μηχανική συμπεριφορά τους Δείκτες ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΠΟΣΟΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΓΕΩΫΛΙΚΩΝ Φυσικά χαρακτηριστικά π.χ. ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΟΚΚΩΝ, ΠΟΡΩΔΕΣ, ΦΥΣΙΚΗ ΥΓΡΑΣΙΑ, ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ, ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ, ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΒΑΡΟΣ Μηχανική συμπεριφορά ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΜΟΤΗΤΑ, ΑΝΤΟΧΗ Μετρητικές διαδικασίες ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ Δείγματα υλικών ΑΝΤΙΠΡΟΣΩΠΕΥΤΙΚΟΤΗΤΑ Δείγματα υλικών ΑΝΤΙΠΡΟΣΩΠΕΥΤΙΚΟΤΗΤΑ Εργαστηριακή κλίμακα, Lo Στατιστική εκπροσώπιση φυσικής ποικιλότητας και αντίστοιχης διακύμανσης φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών Μέγεθος δοκιμίων Κλίμακα έργου, Ln ΑΝΤΟΧΗ Lo Ln ΚΛΙΜΑΚΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ (m)

27 EΠI-TOΠOY ΔΟΚΙΜΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ (π.χ. 1000mm) ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΔΟΚΙΜΗ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ (π.χ. 100mm) Επι τόπου δοκιμή διάτμησης

28 Application of constant or variable normal load Pressure cell for monitoring of shear stress Application of shear stress Shear test sample up to 500 mm GDS unit for normal stress control GDS unit for shear stress control Load cell for monitoring of constant or variable normal load Pressure cell Hydraulic jack for application of normal load Lowfriction bearings Hydraulic jack for application of shear load Lowfriction bearings Tested joint Πρότυπη συσκευή άμεσης διάτμησης δοκιμίων ασυνεχειών μήκους m υπό σταθερό ορθό φορτίο ή σταθερή ορθή δυσκαμψία.

29 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Επαναληψιμότητα μέσω : Ακριβούς εφαρμογής τυποποιημένων μετρητικών διαδικασιών (γεωμετρία δοκιμίου, πορεία φορτίσεως, ακρίβεια μετρήσεων). Ελέγχου των συνθηκών περιβάλλοντος (π.χ. θερμοκρασίας, υγρασίας) Περιορισμοί στο μέγεθος των δοκιμαζόμενων δειγμάτων. Αμφίβολη αντιπροσώπευση πραγματικής (επι-τόπου) φυσικής κατάστασης των δειγμάτων λόγω διατάταξης κατά τη δειγματοληψία. Χαμηλό κόστος >> Δυνατότητα εκτέλεσης στατιστικά σημαντικού αριθμού δοκιμών ΕΠΙ-ΤΟΠΟΥ ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ Καλλίτερη αντιπροσώπευση της πραγματικής (επι-τόπου) φυσικής κατάστασης των δειγμάτων, λόγω αποφυγής της διατάταξης κατά τη δειγματοληψία και μεγέθους. Υψηλό κόστος >> Αδυναμία εκτέλεσης στατιστικά σημαντικού αριθμού δοκιμών. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΒΑΣΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΩΝ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΕΡΓΟΥ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ - ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΕΠΙ-ΤΟΠΟΥ ΔΟΚΙΜΕΣ ΕΙΔΙΚΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ * ΕΠΙΛΟΓΗ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ * ΕΥΑΙΣΘΗΤΑ ΥΛΙΚΑ, π.χ. υλικά ζώνης ρήγματος ΤΟΠΙΚΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ, π.χ. θεμελίωση βάθρου μεγάλης γέφυρας)

30 Θα πρέπει να διασφαλίζεται στατιστικά σημαντικός αριθμός δειγμάτων, ώστε να καλύπτεται η φυσική διακύμανση των μετρούμενων παραμέτρων ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΔΕΙΓΜΑΤΩΝ Κατά τη δειγματοληψία δεν πρέπει να αλλοιώνεται η φυσική κατάσταση των δειγμάτων (λόγω π.χ. μηχανικής διατάραξης, αποξήρανσης, κλπ.) Ηγεωμετρική κλίμακα των δοκιμών θα πρέπει να επιλέγεται συνεκτιμώντας τις τεχνικές απαιτήσεις του έργου, τις γεωτεχνικές ιδιαιτερότητες και το κόστος. ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ Ητεχνική αξία των μετρούμενων παραμέτρων επηρεάζεται από εξωγενείς παράγοντες, όπως συνθήκες περιβάλλοντος, τύπος συσκευής και καταγραφικών οργάνων, διαδικασία προετοιμασίας δοκιμίου, βήματα και χρόνος φόρτισης. Θά πρέπει να εφαρμόζονται σχετικές ΟΔΗΓΙΕΣ ΚΑΙ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΤΥΠΟΠΟΙΗΣΗΣ ΔΟΚΙΜΩΝ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΟΔΗΓΙΕΣ ΕΚΤΕΛΕΣΗΣ ΔΟΚΙΜΩΝ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ - ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΕΠΙ ΤΟΠΟΥ ΔΟΚΙΜΩΝ KAI ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΥΠΕΧΩΔΕ, Δ/ΝΣΗ ΕΡΕΥΝΩΝ ΕΔΑΦΩΝ, 1985 (Φ.Ε.Κ. 70/ ) ROCK CHARACTERIZATION, TESTING AND MONITORING Suggested Methods by the International Society for Rock Mechanics AMERICAN SOCIETY FOR TESTING MATERIALS (ASTM) Laboratory Test Methods: (a) Characterization (b) Engineering Design Tests In-Situ Test methods (a) Rock mass monitoring (b) In situ strength tests (c) Determination of in-situ stress (d) Determination of rock mass deformability (e) Determination of rock mass permeability

31 ΔΕΙΚΤΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ V ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΕΙΔΙΚΟ ΒΑΡΟΣ (γ d, γ s ) Λόγος του βάρους δείγματος (=βάρος στερεών+υγρών συστατικών, W s +W w ) προς το συνολικό όγκο V ( =στερεά συστατικά + κενά (V s +V p )) Aέρας Στερεό Ws Νερό W w γ d = W s / (V s + V p ) gr/cm 3 (ξηρό) γ s = ( W s + W w )/ (V s + V p ) (με περιεχόμενη υγρασία) Σύνολο Κενών Vp Το φαινόμενο ειδικό βάρος των γεωϋλικών καθορίζει τα μεγέθη των γεωστατικών πιέσεων (Pv) σε γραμμική συνάρτηση με το πάχος (z) των υπερκείμενων μαζών. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ z P v Γραμμική αύξηση της σ v με αυξανόμενο βάθος P v = z x γ Φαινόμενα ειδικά βάρη τυπικών πετρώματα : γ = kn/m 3 Φαινόμενα ειδικά βάρη τυπικών εδαφών: Αμμος (χαλαρή, ξηρή/κορεσμένη) = 13 / 18 kn/m 3 Αμμoχάλικο (συμπυκνωμένο, ξηρό/κορεσμένο) = 20 / 22.5 kn/m 3 Πλαστική άργιλος (ξηρή/κορεσμένη) = 16 / 20 kn/m 3 V ΠΟΡΩΔΕΣ (n) Ογκος συνόλου κενών προς συνολικό όγκο n = V p / V Aέρας Στερεό Ws Νερό W w ΔΕΙΚΤΗΣ ΚΕΝΩΝ (e) Ογκος συνόλου κενών προς όγκο στερεών e = V p / V s Σύνολο Κενών Vp

32 ΔΕΙΚΤΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ Συνδετικό υλικό Κόκκοι χαλαζία Πόροι Τομή ψαμμιτικού πετρώματος με απεικόνιση πορώδους Τύπος πετρώματος Γρανίτης Ψαμμίτης Ασβεστόλιθος Χαλαζίτης Πορώδες % ΔΕΙΚΤΕΣ ΦΥΣΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΠΟΡΩΔΟΥΣ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ UCS Μείωση της αντοχής σε θλίψη και εφελκυσμό UCS = UCS o (1-n) b UCS = UCS o e -cn όπου b, c σταθερές ανά κατηγορία πετρωμάτων Διασπορά στα αποτελέσματα δοκιμών Μη γραμμική σχέση τάσης παραμόρφωσης Ανισοτροπία σ ε n Αυξημένη παραμορφωσιμότητα σε χαμηλές τάσεις - Ανελαστική συμπεριφορά κατά την αποφόρτιση V ΠEΡΙΕΧΟΜΕΝΗ (ΦΥΣΙΚΗ) ΥΓΡΑΣΙΑ (w c ) Βάρος νερού προς βάρος στερεών w c (%)= (W w / W s )x100 Aέρας Στερεό Ws Νερό W w ΒΑΘΜΟΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ (S r ) Ογκος κενών με νερό προς συνολικό όγκο κενών S r (%) = (V w / V p ) x 100 Σύνολο Κενών Vp

33 ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ, Κ Περιγράφει τη δυνατότητα διέλευσης (ροής) του νερού ή άλλου υγρού δια μέσου του πετρώματος. Η ροή λαμβάνει χώρα δια μεσου του «ενεργού» πορώδους, δηλ. των αλληλοσυνδεόμενων πόρων και μικρορωγμών. Συντελεστής Διαπερατότητας, k (cm/sec) Εκφράζει την ταχύτητα ροής του νερού σε θερμορασία 20 ο C δια μέσου διατομής πορώδους μέσου υπό την επίδραση μοναδιαίας υδραυλικής βαθμίδας (cm/cm). k = Q n A ( P L P 1 o ) Μεμβράνη στεγανοποίησης L P o A Νερό υπό ατμ. πίεση P 0 Δοκίμιο όπου: n= ιξώδες υγρού Q=ποσότητα εξερχόμενου νερού (cm 3 /sec) Νερό υπό πίεση P 1 P 1 Η διαπερατότητα των πετρωμάτων είναι γενικά πολύ μικρή ( σε σύγκριση με τα εδαφικά υλικά). Ψαμμίτης k= cm/s Ασβεστόλιθος k = cm/s Γρανίτης k = cm/s Η διαπερατότητα των εδαφών ποικίλει ανάλογα με το μέγεθος κόκκων, συμπύκνωση και περιεκτικότητα σε άργιλο. Χαλίκια k= cm/s Μέση-χονδρή άμμος k = cm/s Λεπτή άμμος k = cm/s Ιλυώδης άμμος k = cm/s Αργιλικό έδαφος k = cm/s

34 Σε κλίμακα βραχομάζας η διαπερατότητα εξαρτάται κυρίως από την πυκνότητα του δικτύου ασυνεχειών (διακλάσεων) που λειτουργούν ως αγωγοί διακίνησης του υπόγειου νερού. Η διαπερατότητα της βραχόμαζας είναι γενικά υψηλώτερη εκείνης των άρρηκτων πετρωμάτων κατά 2-4 τάξεις μεγέθους: k= cm/s e K j = e2 /12 s e e e K j K j K j K s = e 3 /12s e K j Ιχνη οξειδώσεως κατά μήκος υδραυλικά αγώγιμων ασυνεχειών ασβεστολιθικής βραχομάζας, που αποτελούν τους κύριους αγωγούς διακίνησης του υπόγειου νερού. COAL MEASURE LIMESTONE SEQUENCE IRELAND DUBLIN PORT TUNNEL PROJECT

35 ΜΗΧΑΝΗ ΚΟΠΗΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΜΗΧΑΝΗ ΔΙΑΤΡΗΣΗΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Διαμαντοτροχός

36 ΔΙΑΤΑΞΗ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗΣ ΘΛΙΠΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΟΝΟΑΞΟΝΙΚΗ ΚΑΙ ΕΛΑΣΤΙΚΩΝ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΑΝΤΟΧΗ ΚΥΛΙΝΔΡΙΚΟΥ ΔΟΚΙΜΙΟΥ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ (D=100mm, H=20mm) Ηλεκτρονικά μηκυνσιόμετρα (LVDT) παρακολούθησης της βράχυνσης μεταξύ σταθερών σημείων Ταινίες επιμηκύνσεως (strain gauges SG) τοπικής παρακολούθησης της βράχυνσης / επιμήκυνσης ~100 mm mm

37 ΔΟΚΙΜΕΣ ΕΦΕΛΚΥΣΤΙΚΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ ΑΜΕΣΟΣ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟΣ ΒΡΑΖΙΛΙΑΝΗ ΔΟΚΙΜΗ ΔΟΚΙΜΗ ΚΑΜΨΕΩΣ ΕΦΕΛΚΥΣΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ = 1/10 έως 1/20 της μοναξονικής θλιπτικής αντοχής ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗ ΔΟΚΙΜΗ ΣΥΣΚΕΥΗ (ΚΥΨΕΛΗ) ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΔΟΚΙΜΗ Κυλινδρικό δοκ