ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Ανάλυση της ευστάθειας γεωφραγμάτων

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Ανάλυση της ευστάθειας γεωφραγμάτων"

Ἰωήλ Ζάνος
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΠΟΠΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΔΙΑΛΕΞΕΩΝ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΕΙΔΙΚΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ - Γεωτεχνική Φραγμάτων» 9ο Εξ. ΠΟΛ. ΜΗΧ. - Ακαδ. Ετος ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Ανάλυση της ευστάθειας γεωφραγμάτων Μέθοδος λωρίδων για την ανάλυση της ευστάθειας του κατάντη πρανούς φράγματος περίπτωση πλήρους ταμιευτήρα με μόνιμη ροή διαμέσου του πυρήνα Πιεζομετρική στάθμη

2 Αναλύσεις ευστάθειας με τη μέθοδο των λωρίδων Συνήθως, έλεγχος της ευστάθειας γεωφραγμάτων απαιτείται στις εξής καταστάσεις : 1. Κατάσταση πέρατος κατασκευής : Οι υπερπιέσεις πόρων (στον πυρήνα και τις ημι-περατές ζώνες) λόγω κατασκευής είναι μέγιστες Ο ταμιευτήρας είναι κενός. Η κατάσταση αυτή είναι δυσμενέστερη επειδή : Το νερό του ταμιευτήρα είναι σταθεροποιητικό για το ανάντη πρανές Η επιρροή του πλήρους ταμιευτήρα στο κατάντη πρανές είναι μικρή (εφόσον δεν έχουν αναπτυχθεί ακόμη υδατικές πιέσεις ροής στον πυρήνα Με την πάροδο του χρόνου για την πλήρωση τυ ταμιευτήρα οι υπερπιέσεις πόρων λόγω κατασκευής μειώνονται και συνεπώς η ευστάθεια βελτιώνεται Ο έλεγχος της ευστάθειας γίνεται στο δυσμενέστερο πρανές (συνήθως είναι το κατάντη πρανές που συχνά είναι το πιό απότομο). Συχνά απαιτείται έλεγχος και των δύο πρανων (π.χ. σε περιπτώσεις κεκλιμένου πυρήνα). Ο έλεγχος της ευστάθειας γίνεται : είτε μέσω ολικών τάσεων (στον πυρήνα, τις ημι-περατές ζώνες και τη θεμελίωση) με χρήση της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής, και ενεργών τάσεων στις λοιπές μή-συνεκτικές ζώνες. είτε μέσω ενεργών τάσεων (σε όλες τις ζώνες) με παραδοχή (ή μέτρηση) των πιέσεων πόρων στις διάφορες ζώνες του φράγματος επειδή συνήθως οι πιέσεις πόρως δεν είναι γνωστές, προτιμητέα είναι η ανάλυση μέσω ολικών τάσεων (στον πυρήνα και τις ημι-περατές ζώνες)

3 Συνήθως, έλεγχος της ευστάθειας γεωφραγμάτων απαιτείται στις εξής καταστάσεις : 1. Κατάσταση πέρατος κατασκευής : Ο απαιτούμενος συντελεστής ασφαλείας είναι αρκετά μικρός (π.χ. FS = ), ιδίως εάν οι ιδιότητες των υλικών και οι πιέσεις πόρων έχουν εκτιμηθεί με αξιοπιστία), επειδή : οι συνέπειες μιας αστοχίας είναι μικρές(π.χ. μετακινήσεις των πρανών κατά μερικά εκατοστά ή λίγες δεκάδες εκατοστών) και μπορούν εύκολα να επισκευασθούν (π.χ. με την προσθήκη ενός αναβαθμού ποδός) η παραδοχή μηδενικής αποτόνωσης των πιέσεων πόρων είναι αρκετά συντηρητική αφού η ταπείνωση της στάθμης δεν γίνεται ακαριαία. 2. Κατάσταση λειτουργίας : Ο ταμιευτήρας είναι πλήρης και στον πυρήνα (και τις ημι-περατές ζώνες του φράγματος) έχει αναπτυχθεί πλήρες δίκτυο μόνιμης ροής Ο έλεγχος της ευστάθειας γίνεται στο κατάντη πρανές (είναι το πιο κρίσιμο) Ο έλεγχος της ευστάθειας γίνεται μέσω ενεργών τάσεων με χρήση των πιέσεων πόρων της μόνιμης ροής Ο απαιτούμενος συντελεστής ασφαλείας είναι της τάξεως του FS = 1.50 επειδή η κατάσταση αυτή είναι αρκετά συνήθης και, επιπλέον, οι συνέπειες μιας αστοχίας είναι πολύ σημαντικές (καταστροφική αστοχία) Με πλήρη ταμιευτήρα

4 Δίκτυο μόνιμης ροής για πλήρη ταμιευτήρα, σε ομοιογενές φράγμα (α) υλικό με ισότροπη διαπερατότητα (β) υλικό με ανισότροπη διαπερατότητα 3. Κατάσταση ταχέως καταβιβασμού της στάθμης του ταμιευτήρα : Κρίσιμος είναι ο έλεγχος της ευστάθειας του ανάντη πρανούς. Ο έλεγχος της ευστάθειας γίνεται μέσω ενεργών τάσεων με χρήση των πιέσεων πόρων που αντιστοιχεί στον αναμενόμενο καταβιβασμό της στάθμης του ταμιευτήρα Ο απαιτούμενος συντελεστής ασφαλείας είναι της τάξεως του FS = επειδή η κατάσταση αυτή δεν είναι πολύ συνήθης και, επιπλέον, οι συνέπειες μιας αστοχίας δεν είναι πολύ σημαντικές (αβαθής αστοχία του ανάντη πρανούς που συνήθως δεν προκαλεί καταστροφική αστοχία του φράγματος αφού ο ταμιευτήρας είναι κενός)

5 πλήρης ταμιευτήρας ταμιευτήρας με ταπείνωση στάθμης Ανάλυση της ευστάθειας του ανάντη πρανούς φράγματος σε περίπτωση ταχέως καταβιβασμού της στάθμης του ταμιευτήρα ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ : Στην περίπτωση πλήρους ταμιευτήρα, δυσμενέστερος είναι ο έλεγχος ευστάθειας του κατάντη πρανούς -γιατί? πλήρης ταμιευτήρας ταμιευτήρας με ταπείνωση στάθμης Οι αναλύσεις ευστάθειας συνήθως γίνονται με τη μέθοδο των λωρίδων, κατά την οποία υπολογίζεται ο διαθέσιμος συντελεστής ασφαλείας ένατι διατμητικής αστοχίας Ομοιογενές φράγμα Πιεζομετρική στάθμη υπό συνθήκες μόνιμης ροής (πλήρης ταμιευτήρας) Πιεζομετρική στάθμη αμέσως μετά τον καταβιβασμό της στάθμης του ταμιευτήρα

6 3. Κατάσταση ταχέως καταβιβασμού της στάθμης του ταμιευτήρα : Φράγμα με αργιλικό πυρήνα και πολύ διαπερατό ανάντη πρανές Πιεζομετρική στάθμη υπό συνθήκες μόνιμης ροής (πλήρης ταμιευτήρας) Πιεζομετρική στάθμη υπό συνθήκες ταχέως καταβιβασμού (πολύ περατό ανάντη σώμα στήριξης) 3. Κατάσταση ταχέως καταβιβασμού της στάθμης του ταμιευτήρα : Φράγμα με αργιλικό πυρήνα και λίγο περατό ανάντη σώμα στήριξης Πιεζομετρική στάθμη υπό συνθήκες μόνιμης ροής (πλήρης ταμιευτήρας) Πιεζομετρική στάθμη υπό συνθήκες ταχέως καταβιβασμού (λίγο περατό ανάντη σώμα στήριξης)

7 3. Κατάσταση ταχέως καταβιβασμού της στάθμης του ταμιευτήρα : Φράγμα με αργιλικό πυρήνα και αρκετά περατό ανάντη πρανές Πιεζομετρική στάθμη υπό συνθήκες μόνιμης ροής (πλήρης ταμιευτήρας) Πιεζομετρική στάθμη υπό συνθήκες ταχέως καταβιβασμού (αρκετά περατό ανάντη σώμα στήριξης) 3. Κατάσταση ταχέως καταβιβασμού της στάθμης του ταμιευτήρα : Φράγμα Μόρνου. Φαίνεται η οριζόντια στραγγιστική στρώση στο ανάντη πρανές, που κατασκευάσθηκε για τη βελτίωση των συνθηκών στράγγισης του ανάντη πρανούς σε περίπτωση ταχέως καταβιβασμού της στάθμης του ταμιευτήρα, λόγω μειωμένης διαπερατότητας των ποτάμιων αμμοχαλίκων (ποσοστό λεπτοκόκκου κλάσματος 10-15%) που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή των σωμάτων στήριξης

8 Φράγμα Μόρνου : Μετρήσεις πιεζομέτρων που βρίσκοναι στο ανάντη σώμα στήριξης. Οι πιέσεις πόρων παρακολουθούν τη διακύμανση της στάθμης του ταμιευτήρα, δείχνοντας ότι το ανάντη σώμα στήριξης είναι πολύ διαπερατό Πιέσεις Πόρων Πιεζομέτρων Διατομής 1-1 στη στάθμη +390 στο ανάντη σώμα αντιστήριξης Στάθμη λίμνης Πιεζομετρική στάθμη Στάθμη λίμνης Έτος Φράγμα Μόρνου : Μετρήσεις πιεζομέτρων που βρίσκοναι στον πυρήνα (4 - > 5 -> 6 από ανάντη προς κατάντη). Οι πιέσεις πόρων στο ανάντη πιεζόμετρο (4) παρακολουθούν περίπου τη διακύμανση της στάθμης του ταμιευτήρα, ενώ τα πλέον κατάντη (5 και 6) έχουν βραδεία απόκριση Πιέσεις Πόρων Πιεζομέτρων Διατομής 1-1 στη στάθμη +390 στον πυρήνα Στάθμη λίμνης Πιεζομετρική στάθμη Στάθμη λίμνης Έτος

9 4. Έλεγχος ευστάθειας γεωφραγμάτων για σεισμική επιφόρτιση : Φράγματα κατασκευασμένα από καλά συμπυκνωμένα υλικά (με ευρύ αργιλικό πυρήνα και επαρκή φίλτρα) γενικώς δεν είναι ευάλωτα σε σειμικές φορτίσεις. Οι διεθνώς παρατηρηθείσες βλάβες καλά κατασκευασμένων φραγμάτων λόγω σεισμού είναι ελάχιστες (έως πρακτικώς μηδενικές). Ισχυρές σεισμικές επιφορτίσεις μπορεί να έχουν τις εξής επιπτώσεις σε γεωφράγματα: 1. Συνίζηση των μή-συνεκτικών ζωνών (κυρίως τα σώματα στήριξης) εάν δεν είναι καλά συμπυκνωμένα). Τυπική περίπτωση αποτελούν φράγματα που έχουν κατασκευασθεί με υδραυλική απόθεση άμμων της κοίτης του ποταμού χωρίς συμπύκνωση οπότε μπορεί να συμβεί ακόμη και ρευστοποίηση (τέτοια φράγματα δεν κατασκευάζονται στην Ελλάδα). 2. Συνίζηση ή ρευστοποίηση των άμμων θεμελίωσης της βάσης του φράγματος (εάν είναι πού χαλαρές και αρκετά λεπτόκοκκες). Σε τέτοιες περιπτώσεις απαιτείται βελτίωση με συμπύκνωση ή αντικατάσταση. 3. Παραμορφώσεις στην περιοχή της στέψης του φράγματος (αβαθείς αστοχίες που συνήθως εκδηλώνονται με διαμήκεις ρυγμέ στη στέψη) λόγω ενίσχυσης του σεισμικού κραδασμού (αύξηση των αδρανειακών επιταχύνσεων) στην περιοχή της στέψης. Η καλύτερηαντιμετώπισηείναιηδιεύρυνσητηςστέψηςκαιηελαφρά αύξηση της στάθμης της (σε σχέση με την ανωτάτη στάθμη του ταμιευτήρα) ώστε ακόμη και σε περίπτωση τοπική αστοχίας να μην υπερπηδηθεί το φράγμα (επισκευάσιμες βλάβες).

Σχετικά έγγραφα

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΕΠΟΠΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΔΙΑΛΕΞΕΩΝ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΕΙΔΙΚΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ - Γεωτεχνική Φραγμάτων» 9ο Εξ. ΠΟΛ. ΜΗΧ. - Ακαδ. Ετος 2006-07 Μ.