«ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΙΚΡΟΔΟΜΗΣ ΨΑΜΜΙΤΩΝ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΟΥΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΜΙΚΡΟΔΟΜΗΣ ΨΑΜΜΙΤΩΝ ΣΤΗΝ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΤΟΥΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ» ΦΩΤΕΙΝΟΥ ΓΕΩΡΓΙΑ Α.Μ ΥΠΕΥΘΥΝΟΙ ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ : ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΟΥΚΗΣ ΣΑΜΠΑΤΑΚΑΚΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ

2 ΠΑΤΡΑ

3 Ευχαριστίες: Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω τους επιβλέποντες καθηγητές Τεχνικής γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών κ. Γ. Κούκη και κ. Ν. Σαμπατακάκη. Πάτρα

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Μηχανική συμπεριφορά βραχώδους υλικού Γενικά 1.2. Καθορισμός συμπεριφοράς ακέραιου πετρώματος 1.3. Δείκτες περιγραφής του βραχώδους υλικού 1.4. Φυσικές παράμετροι βραχώδους υλικού 1.5. Δυναμικές παράμετροι βραχώδους υλικού 1.6. Μηχανικές παράμετροι αντοχής 1.7. Παραμορφωσιμότητα βραχώδους υλικού 2. Προδιαγραφές επί τόπου δοκιμών βραχομηχανικής ( Ε ) και εργαστηριακών δοκιμών βραχομηχανικής ( Ε ). 2.1Επί τόπου δοκιμές δοκιμή άμεσης διατμήσεως 2.2 Προσδιορισμός φυσικής υγρασίας 2.3 Προσδιορισμός πορώδους και πυκνότητας 2.4 Προσδιορισμός αντοχής σε μονοαξονική θλίψη 2.5 Προσδιορισμός αντοχής σε σημειακή φόρτιση (point load) 2.6 Προσδιορισμός διατμητικής αντοχής ασυνεχειών 2.7 Προσδιορισμός αντοχής σε τριαξονική θλίψη 2.8 Προσδιορισμός σκληρότητας με το σφυρί Schmidt (L) 3. Πετρογραφική διερεύνηση 4. Παραδείγματα σχέσης πετρογραφικής μικροδομής και συμπεριφοράς ψαμμιτών σε διάφορες περιοχές με βάση δημοσιευμένες επιστημονικές εργασίες. 5. Βιβλιογραφία 4

5 5

6 ΕΝΟΤΗΤΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΒΡΑΧΩΔΟΥΣ ΥΛΙΚΟΥ 1.1 Γενικά Η εκπόνηση της μελέτης έγινε στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας στο μάθημα της Τεχνικής Γεωλογίας του τμήματος Γεωλογίας του Πανεπιστημίου Πατρών με διδάσκοντες τους καθηγητές Γ.Κούκη και Ν.Σαμπατακάκη. Σκοπός της εργασίας είναι ο προσδιορισμός των φυσικών παραμέτρων και παραμέτρων αντοχής ψαμμιτικού βραχώδους υλικού στη μικροδομή του. Παρακάτω θα αναλυθεί το πώς μεταβάλλεται η μηχανική αντοχή των ψαμμιτών ανάλογα το ποσοστό τους σε χαλαζία στην μικροδομή τους. 1.2 Καθορισμός συμπεριφοράς ακέραιου πετρώματος Ως βράχος ορίζεται το φυσικό στερεό ορυκτό υλικό ή και κάθε φυσικά σχηματισμένο συσσωμάτωμα ορυκτού υλικού που εμφανίζεται σε μεγάλες μάζες ή θραύσματα. Σύμφωνα με τους TERZAGHI and PECK (1967) ως έδαφος χαρακτηρίζεται ένα φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων ποτ μπορούν να διαχωριστούν με απλά μηχανικά μέσα (π.χ. ανακίνηση μέσα στο νερό) ενώ όλα τα υπόλοιπα αποτελούν το βράχο ή πέτρωμα. Τα περισσότερα πετρώματα είναι συσσωματώματα ορυκτών με τη μορφή κρυστάλλων ή κόκκων που συνδέονται μεταξύ τους με φυσικό συγκολλητικό υλικό. Τα όρια που διαχωρίζουν το έδαφος από τον βράχο είναι ασαφή και τα οριοθετούμε σε αντοχή της τάξης του 1 MPa. Μεταξύ των δυο αυτών κατηγοριών εντάσσονται τα υλικά που παρουσιάζουν ενδιάμεση μηχανική συμπεριφορά και ονομάζονται σκληρά εδάφη μαλακοί βράχοι, τα οποία παρουσιάζουν αντοχή σε μονοαξονική θλίψη από 0,5 μέχρι 25 MPa. O όρος βράχος διακρίνεται στις δυο κύριες γεωλογικές δομές οι οποίες και κατά βάση οριοθετούν τη μηχανική συμπεριφορά τους: 6

7 Βραχώδες υλικό (rock material) ή ανέπαφο ή ακέραιο πέτρωμα (intact rock) Είναι ένα συνεχές πολυκρυσταλλικό ορυκτό στερεό σώμα, που έχει συνήθως μέγεθος πυρήνα γεώτρησης και μπορεί να εξεταστεί εργαστηριακά. Είναι απαλλαγμένο από ασυνέχειες μεγάλης κλίμακας (διακλάσεις, στρώσεις) αλλά μπορεί να περιέχει ασυνέχειες μικρής κλίμακας (σχιστότητα, φύλλωση). Συχνά αναφέρεται και ως άρρηκτο πέτρωμα ή άθικτος βράχος. Ασυνέχεια (discontinuity) Είναι κάδε επίπεδο αδυναμίας ή αποχωρισμού του πετρώματος το οποίο παρουσιάζει πολύ μικρή ή μηδενική αντοχή σε εφελκυσμό (π.χ. στρώση, διάκλαση, σχιστότητα, ρήγμα, κ.λ.π.). Βραχομάζα (rock mass) Είναι ένα ασυνεχές στερεό μέσο το οποίο αποτελείται από βραχώδες υλικό που διατέμνεται από τις γεωλογικές ασυνέχειες. Στη πραγματικότητα, η βραχομάζα αποτελεί τη φυσική κατάσταση ενός πετρώματος, δηλαδή όπως αυτό συναντάται στο ύπαιθρο και σε μεγάλη έκταση. Αυτό που μας ενδιαφέρει κυρίως είναι η βραχομάζα, αφού μέσα (π.χ. σήραγγα, πρανές) ή πάνω ( π.χ. θεμελίωση) σε αυτή θα κατασκευαστεί το τεχνικό έργο. Κατά συνέπεια, η μηχανική συμπεριφορά της βραχομάζας είναι το ζητούμενο και για να εκτιμηθεί θα πρέπει να είναι γνωστή η συμπεριφορά του βραχώδους υλικού καθώς και η επίδραση των ασυνεχειών. Οι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται αν το ακέραιο πέτρωμα ή το βραχώδες υλικό μπορεί να θεωρηθεί ως ιδανικό είναι τρεις: Ισοτροπία : Είναι ένα μέτρο των ιδιοτήτων του υλικού κατά διεύθυνση. Πολλά πετρώματα χαρακτηρίζονται ως ανισότροπα γιατί παρουσιάζουν εκλεκτικό προσανατολισμό των κρυστάλλων τους που έχει σαν αποτέλεσμα το σχηματισμό σχιστότητας, φύλλωσης κ.λ.π. και αναμένεται να αντιδρούν διαφορετικά σε εξωτερικές τάσεις κατά διαφορετικές διευθύνσεις. 7

8 Ομοιογένεια : Είναι ένα μέτρο της φυσικής συνέχειας του υλικού. Έτσι σε ένα ομοιογενές υλικό, τα συστατικά του ( κόκκοι, συγκολλητική ύλη) είναι κατανεμημένα κατά τέτοιο τρόπο ώστε ένα οποιοδήποτε τμήμα του να έχει τις χαρακτηριστικές ιδιότητες του υλικού αυτού. Συνέχεια : Αναφέρεται στο πλήθος των μικρορωγμών και των πόρων που υπάρχουν στο ακέραιο πέτρωμα, τα οποία λόγω της πολύς συχνής παρουσίας τους θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν σαν ασυνεχη. Με βάση τα παραπάνω το βραχώδες υλικό σπάνια θα μπορούσε να θεωρηθεί σαν ιδανικό και να ακολουθεί τους νόμους που διέπουν αυτά τα υλικά. Επειδή το ακέραιο πέτρωμα είναι φυσικό υλικό είναι πρακτικά αδύνατον να παρουσιάζει την ελεγχόμενη φυσική και μηχανική συμπεριφορά των τεχνικών υλικών. Το πέτρωμα που δεν εμφανίζει μεγάλης κλίμακας ασυνέχειες μπορεί συνεπώς να χαρακτηριστεί σα βραχώδες υλικό ή ακέραιο πέτρωμα. Τέτοια υλικά είναι τα βραχώδη εργαστηριακά δείγματα ή οι πυρήνες των δειγματοληπτικών γεωτρήσεων. Η απλή γεωλογική συνέχεια και πετρολογική περιγραφή του ακέραιου πετρώματος δεν ικανοποιεί τις απαιτήσεις της τεχνικής γεωλογίας και βραχομηχανικής, για αυτό γίνεται προσδιορισμός κάποιων χαρακτηριστικών που δίνουν τις σχετικές και απαραίτητες πληροφορίες για τη ταξινόμησή του. 8

9 1.3. Δείκτες περιγραφής του βραχώδους υλικού Ο βράχος αποτελείται από τη στερεή ύλη και τα κενά (πόροι), που υπάρχουν μεταξύ των κρυστάλλων των ορυκτών ή του συνδετικού υλικού (συγκολλητική ύλη). Από τα κενά αυτά ένα μέρος τους μπορεί να περιέχει νερό και το υπόλοιπο ατμοσφαιρικό αέρα ή και άλλα αέρια. Ομάδα 1 Ομάδα 2 Ομάδα 3 Τύπος Σκληρότητα Αντοχή Χρώμα Ανθεκτικότητα Μέτρο Ελαστικότητας Μέγεθος Κόκκων Πορώδες Λόγος Poisson Δομή και Ιστός Πυκνότητα Πρωτογενής υδροπερατότητα Αποσάθρωση Εξαλλοίωση Αντοχή Αντοχή Ταχύτητα διάδοσης κυμάτων Πίνακας : Δείκτες περιγραφής ταξινόμησης πετρωμάτων για γεωτεχνικούς σκοπούς. Η βασική γεωλογική έρευνα γίνεται για να δώσει πληροφορίες σχετικά με : Τον τύπο του πετρώματος Το χρώμα Το μέγεθος των κόκκων Τη δομή και τον ιστό Τον βαθμό αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης. Η ορυκτολογική σύσταση επηρεάζει σημαντικά τη μηχανική συμπεριφορά των πετρωμάτων. Για μερικά πετρώματα έχει προσδιοριστεί συσχέτιση μεταξύ ορυκτολογικής σύστασης και αντοχής. Επίσης πετρώματα 9

10 που έχουν αργιλικής σύστασης θεμελιώδη μάζα είναι γενικά μικρότερης αντοχής από αυτά με ασβεστιτική θεμελιώδη μάζα. Ο όρος ιστός αναφέρεται κυρίως στον προσανατολισμό όλων των συστατικών του πετρώματος στο χώρο καθώς επίσης και στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους. Στον ιστό περιλαμβάνονται κυρίως δομές όπως η φύλλωση, η σχιστότητα και η εναλλαγή λεπτοστρώσεων, οι οποίες είναι υπεύθυνες για τη μεγάλη διακύμανση της αντοχής του ακέραιου πετρώματος. 1.4.Φυσικές παράμετροι αντοχής Ο βράχος αποτελείται από τη στερεή ύλη και τα κενά (πόροι), που υπάρχουν μεταξύ των κρυστάλλων των ορυκτών ή του συνδετικού υλικού (συγκολλητική ύλη). Από τα κενά αυτά ένα μέρος τους μπορεί να περιέχει νερό και το υπόλοιπο ατμοσφαιρικό αέρα ή άλλα αέρια. Η περιεχόμενη υγρασία (water content) αντιπροσωπεύει τη μάζα του νερού που περιέχεται στο πέτρωμα, δηλαδή στους πόρους και εκφράζεται σαν εκατοστιαία αναλογία της μάζας του δείγματος σε ξηρή κατάσταση. Η περιεχόμενη υγρασία, w(%), υπολογίζεται από τη σχέση : Περιεχόμενη υγρασία (%) = Μάζα νερού (Μ w ) / Μάζα στερεών (Μ s ) * 100 Όταν το πέτρωμα βρίσκεται στη φυσική του κατάσταση τότε εισάγεται ο όρος φυσική υγρασία. Επίσης υπολογίζεται ο βαθμός κορεσμού, δηλαδή ο λόγος του όγκου του περιεχόμενου νερού προς τον όγκο των πόρων του πετρώματος ( S = V W / V U ), όταν οι πόροι του ακέραιου πετρώματος δεν είναι γεμάτοι νερό. Θα πρέπει επίσης να αναφερθεί ότι η αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας προκαλεί μείωση της μηχανικής αντοχής των πετρωμάτων. Το πορώδες ( porosity, n) είναι ο λόγος του όγκου των κενών (δηλαδή πόρων, μικρορωγμων) προς το συνολικό όγκο του πετρώματος εκφρασμένος %. Πορώδες : n = V u / V t * 100% 10

11 Η πυκνότητα ( density, ρ ), ορίζεται σαν ο λόγος της συνολικής μάζας προς το συνολικό όγκο του πετρώματος και παρουσιάζει δυο θεωρητικά ακραίες περιπτώσεις : Την κορεσμένη πυκνότητα ( ρ sat ), που είναι ο λόγος της μάζας του κορεσμένου πετρώματος προς το συνολικό του όγκο και εκφράζεται σε Mg/m 3. ρ sat = M s + V u * ρ w / V t Τη ξηρή πυκνότητα ( ρ d ), που είναι ο λόγος της μάζας του ξηρού πετρώματος προς τον συνολικό του όγκο σε Mg/m 3. ρ d = M s / V t Το φαινόμενο βάρος (γb) έχει πρακτικά παρόμοια σημασία, εκφράζεται σε KN/m 3 και ισχύει γ b = ρ * g. Το πορώδες και η πυκνότητα εξαρτώνται από τον τρόπο και τις συνθήκες σχηματισμού των πετρωμάτων καθώς και από τις διεργασίες που συμβαίνουν μετά τη γένεσή τους ( διαγένεση, αποσάθρωση, εξαλλοίωση ). Αύξηση της πυκνότητας σημαίνει γενικά μείωση του πορώδους των πετρωμάτων και η σχέση αυτή των δύο αυτών φυσικών παραμέτρων είναι γραμμική και αντίστροφη. Τόσο η πυκνότητα όσο και το πορώδες, επηρεάζουν άμεσα τα μηχανικά χαρακτηριστικά των πετρωμάτων. Παρατηρείται η αύξηση των παραμέτρων αντοχής του ακέραιου πετρώματος όταν αυξάνεται η πυκνότητά του. Επίσης αύξηση του πορώδους επιφέρει μείωση της αντοχής του ακέραιου πετρώματος. Για γρήγορη και απλή εκτίμηση του ποσοστού των κενών στο βραχώδες υλικό χρησιμοποιείται ο δείκτης κενών Ι ν ( void index ) που ορίζεται σαν ο λόγος της μάζας του νερού που περιέχεται στο πέτρωμα μετά από διαβροχή χρονικής διάρκειας μίας ώρας προς την αρχική του ξηρή μάζα εκφρασμένος επί τις %. Συσχετίζεται με το πορώδες, καθώς επίσης και με άλλα χαρακτηριστικά του πετρώματος όπως ο βαθμός αποσάθρωσης ή εξαλλοίωσης Δυναμικές παράμετροι Ταχύτητα διάδοσης υπερήχων ( sound velocity ) 11

12 Η ταχύτητα των κυμάτων που διέρχονται από το ακέραιο πέτρωμα εξαρτάται από τις ελαστικές παραμέτρους του πετρώματος, την πυκνότητά του και το πορώδες. Η ύπαρξη πόρων, μικρορωγμών και άλλων ασυνεχειών μικρής κλίμακας επηρεάζουν σημαντικά την ταχύτητα των κυμάτων. Αφού προσδιορίσουμε με μια απλή μεθοδολογία τις ταχύτητες VS και VP μπορούμε στη συνέχεια να υπολογίσουμε τα δυναμικά μέτρα διάτμησης (G) και ελαστικότητας (Ε) καθώς επίσης και τον λόγο του Poisson (v), σύμφωνα με τις παρακάτω σχέσεις οι οποίες εξάγονται από τη θεωρία της ελαστικότητας ομογενών και ισότροπων στερεών υλικών : G = ρ * V 2 S v = (V 2 P 2V 2 S) / 2(V 2 P V 2 S) E = ρ V 2 P (3 V 2 p 4 V 2 S ) / (V 2 P V 2 S) Όπου, ρ : πυκνότητα του βραχώδους υλικού V p : ταχύτητα διαμήκων κυμάτων V S : ταχύτητα διατμητικών κυμάτων G : δυναμικό μέτρο διάτμησης v : λόγος Poisson Ε : δυναμικό μέτρο ελαστικότητας Η ταχύτητα V P συνδέεται με τη V S σύμφωνα με τη σχέση V P 1,7 V S. Επίσης αύξηση των ταχυτήτων των P και S κυμάτων προκαλεί η αύξηση της πυκνότητας του ακέραιου πετρώματος, ενώ τη μείωσή τους προκαλεί η αύξηση του πορώδους Μηχανικές Παράμετροι αντοχής Σκληρότητα ( hardness) Η σκληρότητα των ορυκτών καθορίζεται από της αντίσταση που αυτά παρουσιάζουν κατά τη χάραξή τους και εμπειρικά εκτιμάται με την κλίμακα Mohs που αποτελεί μία δεκαβάθμια κλίμακα που αντιπροσωπεύεται από δέκα ορυκτά αυξανόμενης σκληρότητας. 12

13 Στο ακέραιο πέτρωμα όμως, το οποίο αποτελείται από διάφορα ορυκτά διαφορετικής σκληρότητας κατά Mohs, η κλίμακα αυτή δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί και εφαρμόζονται άλλες μέθοδοι, με πιο σημαντική την δοκιμή με το σφυρί αναπήδησης Schmidt τύπου L. Με την εκτίμηση της σκληρότητας είναι δυνατός ο έμμεσος προσδιορισμός της μηχανικής αντοχής του ακέραιου πετρώματος σε ανεμπόδιστη θλίψη, με τη χρήση νομογράμματος στο οποίο συσχετίζεται η σκληρότητα (SHV) με την αντοχή και τη πυκνότητα του πετρώματος σε ξηρή κατάσταση (ρ d ). Γενικά η σκληρότητα του ακέραιου πετρώματος εξαρτάται από το είδος και την αναλογία των ορυκτών που το συνιστούν, το είδος και την αντοχή των δεσμών που υπάρχουν μεταξύ των ορυκτών αυτών, αλλά και της συγκολλητικής ύλης. Αύξηση της πυκνότητας του ακέραιου πετρώματος έχει σαν αποτέλεσμα της αύξηση της σκληρότητας του. Επίσης, η σκληρότητα μεταβάλλεται ανάλογα με την ταχύτητα διάδοσης των κυμάτων P και S στο βραχώδες υλικό. Μηχανική αντοχή (strength) Μια από τις πιο σημαντικές παραμέτρους του ακέραιου πετρώματος είναι η αντοχή που αντιπροσωπεύει το μέγεθος της εφαρμοζόμενης σε αυτό τάσης, ώστε να σημειωθεί θραύση αυτού. Η εφαρμοζόμενη τάση μπορεί να είναι θλιπτική, διατμητική ήεφελκυστική, οπότε σημειώνονται και οι αντίστοιχες αντοχές. Από αυτές οι θλιπτική αντοχή είναι η πιο σημαντική, η οποία μπορεί να εκτιμηθεί άμεσα ή έμμεσα με τη χρήση διαφόρων εργαστηριακών δοκιμών. Ο προσδιορισμός της θλιπτικής αντοχής του ακέραιου πετρώματος γίνεται στο εργαστήριο άμεσα με τη δοκιμή σε σημειακή φόρτιση, όπου υπολογίζεται ο δείκτης σημειακής φόρτισης ( Ι S(50) ) ή με τη χρήση του σφυριού Schmidt L. Η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη του βραχώδους υλικού εξαρτάται από διάφορους παράγοντες που κυρίως έχουν σχέση με : 13

14 1. το υλικό του πετρώματος δηλαδή την ορυκτολογική του σύσταση, το μέγεθος των κόκκων, την ανισοτροπία μικρής κλίμακας (π.χ. σχιστότητα) 2. την περιεχόμενη υγρασία του 3. τις συνθήκες εκτέλεσης της δοκιμής και τη διαμόρφωση των δειγμάτων (δηλαδή λόγος μήκους διαμέτρου του δοκιμίου, ρυθμός φόρτισης, παραλληλία βάσεων δοκιμίου κ.λ.π.). Από συσχετίσεις αποτελεσμάτων αντοχής σε μονοαξονική θλίψη με άλλες παραμέτρους του βραχώδους υλικού φαίνεται ότι : 1. αύξηση της πυκνότητας σημαίνει αύξηση της αντοχής 2. αύξηση του πορώδους σημαίνει μείωση της αντοχής 3. αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας προκαλεί μείωση της αντοχής Επίσης έχει διαπιστωθεί ότι δοκίμια ακέραιου πετρώματος που έχουν ξηρανθεί παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή από αυτά που έχουν κάποια περιεχόμενη υγρασία. Η εφελκυστική αντοχή των πετρωμάτων είναι από τις λιγότερο συχνά προσδιοριζόμενες μηχανικές ιδιότητες των πετρωμάτων αφού στις εφαρμογές χρησιμοποιείται συνήθως η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη. Είναι γενικά μικρότερη της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη και εκτιμάται ότι η εφελκυστική αντοχή ενός πετρώματος αποτελεί το 5-10% της αντοχής του σε μονοαξονική θλίψη. Τύποι θραύσης βραχώδους υλικού κριτήρια θραύσης Κατά τη θραύση των ψαθυρών πετρωμάτων ( αυτά που παρουσιάζουν συνολικές παραμορφώσεις πριν τη θραύση <3%) παρατηρούνται οι εξής τύποι θραύσης : Η θραύση με διάτμηση ( shear fracture ), κατά την οποία συμβαίνει θραύση του δοκιμίου του πετρώματος κατά μήκος ενός επίπεδου κεκλιμένου ως προς τον άξονα της μέγιστης κύριας τάσης, με γωνία μικρότερη των 45 ο και σχετική μετακίνηση πάνω από το επίπεδο αυτό. 14

15 Ο συγκεκριμένος τύπος θραύσης παρατηρείται στη τριαξονική δοκιμή εφελκυσμού ή θλίψης με μέτρια ή μεγάλη πλευρική πίεση. Η θραύση με επέκταση ( extension fracture ), που χαρακτηρίζεται από αποχώρηση κάθετα προς την επιφάνεια θραύσης, που διευθύνεται παράλληλα προς τη μέγιστη κύρια τάση. Αυτός ο τύπος θραύσης παρατηρείται στις δοκιμές μονοαξονικού εφελκυσμού ή στην τριαξονική θλίψη, όταν η πλευρική πίεση είναι μεγαλύτερη από την αξονική ή όταν είναι πάρα πολύ μικρή. Γενικά, υπάρχει ένας κρίσιμος συνδυασμός των κύριων τάσεων (σ 1 και σ 3 ) που δρουν στο πέτρωμα ο οποίος μπορεί να προκαλέσει τη θραύση. Ο συνδυασμός αυτός αποτελεί στην ουσία και το κριτήριο θραύσης. Είναι γνωστό ότι το κριτήριο θραύσης είναι μία αλγεβρική έκφραση των μηχανικών συνθηκών κάτω από τις οποίες ένα υλικό αστοχεί από θραύση ή παραμορφώνεται μέχρι σαφώς καθορισμένα όρια. Το απλό κριτήριο θραύσης είναι αυτό των Mohr-Coulomb, η γραφική απεικόνιση του οποίου είναι η ευθεία που εφάπτεται σε όλους τους κύκλους Mohr (περιβάλλουσα). Οι κύκλοι του Mohr αντιπροσωπεύουν κρίσιμους συνδυασμούς των κύριων τάσεων (σ 1 και σ 3 ), ενώ η εξίσωση του κριτηρίου θραύσης Mohr-Coulomb είναι : τ P = c i + σ n εφφ Όπου τ P : κορυφαία διατμητική αντοχή c i : «συνοχή» του πετρώματος φ : «γωνία εσωτερικής τριβής» του πετρώματος σ n : εφαρμοζόμενη ορθή τάση Από πειραματικά αποτελέσματα όμως έχει γίνει σαφές ότι η σχέση των κύριων τάσεων και συγκεκριμένα της διαφορικής τάσης ( σ 1 σ 3 ) και της πλευρικής (σ 3 ) δεν ακολουθεί γραμμική σχέση αλλά αντιπροσωπεύεται από μία καμπύλη γραμμή. 15

16 Οι Hoek and Brown (1980) δημοσίευσαν ένα εμπειρικό κριτήριο αντοχής του βραχώδους υλικού που δίνεται από τη παρακάτω σχέση : σ 1 = σ 3 + σ ci [ m i ( σ 3 /σ ci ) + 1 ] ½ Όπου σ 1, σ 3 : η μέγιστη και ελάχιστη ενεργή τάση αντίστοιχα κατά τη θραύση σ ci : η αντοχή σε μονοαξονική θλίψη βραχώδους υλικού m i : σταθερά του πετρώματος που εξαρτάται από τις ιδιότητες του βραχώδους υλικού Σύμφωνα με τη παραπάνω εξίσωση, η σχέση μεταξύ των κύριων τάσεων κατά τη θραύση για ένα συγκεκριμένο πέτρωμα καθορίζεται από δύο κύριους παράγοντες. Την αντοχή σε μονοαξονική θλίψη (σ ci ) και τη σταθερά (m i ). Ο προσδιορισμός των δύο αυτών παραγόντων μπορεί να γίνει από απλή στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων μίας δοκιμής σε τριαξονική φόρτιση σε βραχώδη δοκίμια. Οι Hoek and Brown (1980) προτείνουν την εκτέλεση τριαξονικής δοκιμής που περιλαμβάνει τουλάχιστον πέντε δοκίμια του πετρώματος με διαφορετικές πλευρικές τάσεις που οι τιμές τους κυμαίνονται από 0 < σ 3 <0,5σ ci. Τα αποτελέσματα των τριαξονικών δοκιμών αναλύονται στατιστικά για τον προσδιορισμό των σ ci και m i. Το σημαντικό πλεονέκτημα του παραπάνω κριτηρίου είναι ότι αυτό μπορεί να εφαρμοστεί με πολύ καλή προσέγγιση στη βραχομάζα με τη μορφή: σ 1 = σ 3 + σ c [ m b (σ 3 / σ c ) + s ] a Όπου σ 1, σ 3 : η αξονική και πλευρική ενεργή τάση αντίστοιχα σ c : η αντοχή σε μονοαξονική τάση βραχώδους υλικού mb, s, a : σταθερές που εξαρτώνται από τις ιδιότητες του βραχώδους υλικού και από χαρακτηριστικά ( ασυνέχειες, κερματισμός) της βραχομάζας. 16

17 Οι παραπάνω σταθερές εκτιμώνται με βάση το σύστημα ταξινόμησης RMR ( Hoek and Brown), υποθέτοντας εντελώς στεγνές συνθήκες στη βραχομάζα και πολύ ευνοϊκό προσανατολισμό ασυνεχειών. 1.7 Παραμορφωσιμότητα βραχώδους υλικού Για να γίνει περιγραφή της ελαστικής συμπεριφοράς ενός πετρώματος είναι απαραίτητος ο προσδιορισμός των ελαστικών παραμέτρων του και ειδικότερα του Ε και ν. Το μέτρο ελαστικότητας (Ε), ορίζεται από τον νόμο του Hooke σαν ο λόγος της εξασκούμενης αξονικής τάσης προς την αξονική παραμόρφωση και αντιπροσωπεύει τη δυσκαμψία του υλικού, ενώ έχει μονάδες τάσης MPa ή GPa. Όσο μεγαλύτερη τιμή έχει το Ε τόσο το βραχώδες υλικό είναι περισσότερο δύσκαμπτο. Ο λόγος Poisson (v), ορίζεται σαν ο λόγος της πλευρικής προς την αξονική παραμόρφωση του υλικού και είναι καθαρός αριθμός ν = - επλ /εαξ. Για γραμμικά ελαστικά υλικά το ν παίρνει τιμές από 0 μέχρι 0,5 και συνήθως θεωρείται ίσο με 0,25. Το αρνητικό πρόσημο δηλώνει ότι με την επίδραση μίας αξονικής τάσης το υλικό διαστέλλεται πλευρικά και συγχρόνως συστέλλεται αξονικά. Η πιο απλή μέθοδος για τη μελέτη των χαρακτηριστικών παραμόρφωσης ενός πετρώματος είναι η δοκιμή μονοαξονικής θλίψης ενός κυλινδρικού δοκιμίου, που το μήκος του είναι δύο μέχρι τρεις φορές η διάμετρος του. 17

18 18

19 ΕΝΟΤΗΤΑ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΕΠΙ ΤΟΠΟΥ ΔΟΚΙΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (Ε ) ΚΑΙ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΔΟΜΙΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ (Ε ) 2.1 Βραχομηχανική επί τόπου δοκιμές δοκιμής άμεσης διατμήσεως Αντικείμενο δοκιμής : Αντικείμενο της δοκιμής είναι ο προσδιορισμός της διατμητικής αντοχής του πετρώματος όπως βρίσκεται επί τόπου και μάλιστα κατά προκαθορισμένη επιφάνεια κρίσιμη για το υπολογιζόμενο έργο ( πχ επιφάνειες μικρότερης αντοχής, ασυνέχειες κλπ). Θέση δοκιμής : Η δοκιμή θα εκτελεστεί σε αντιπροσωπευτική μάζα του βράχου σε σημεία που βρίσκονται πάνω στην επιφάνεια ή κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Επί την επιφάνεια της θέσεως, γίνεται από λεπτομερή γεωλογική αποτύπωση της περιοχής και με προσεκτική αναζήτηση των σημείων που ενδιαφέρουν περισσότερο. Γενική περιγραφή δοκιμής : Κατά τη δοκιμή απομονωμένος όγκος του πετρώματος διατέμνεται με τη βοήθεια οριζόντιου υδραυλικού εμβόλου. Ενώ παράλληλα ένα άλλο υδραυλικό έμβολο επιβάλλει κάθετη φόρτιση. Στη θέση δοκιμής που έχει επιλεγεί, διαμορφώνεται ύστερα από επιμελημένο καθαρισμό, ένα παραλληλεπίπεδο δοκίμιο που καθορίζει αρχικά και την σχετική επιφάνεια διατμήσεως. Ιδιαίτερη μέριμνα θα πρέπει να ληφθεί ώστε η μόρφωση του επιζητούμενου δοκιμίου να γίνει με τη μικρότερη δυνατή διαταραχή της καταστάσεως του σχηματισμού. Κατασκευάζεται πλαίσιο που να εξασφαλίζει άκαμπτη συμπεριφορά και σχετικά ομοιόμορφη κατανομή των τάσεων του δοκιμίου. Πάνω από το πλαίσιο και πλευρικά σε αυτό τοποθετούνται χαλύβδινες πλάκες για την εξασφάλιση ίσης κατανομής φορτίου. Το υδραυλικό έμβολο που επιβάλλει κάθετο φορτίο, έχει σαν αντέρεισμα την οροφή της στοάς ή κάποια κατάλληλη ανένδοτη διάταξη. 19

20 Το υδραυλικό έμβολο που επιβάλλει κάθετο φορτίο, έχει σαν αντέρεισμα είτε τα τοιχώματα της στοάς είτε τα πρανή του ορύγματος, γενικά δε σε όλες τις περιπτώσεις μία μάζα ικανή να αναλάβει το πλάγιο φορτίο. Προετοιμασία διάταξη δοκιμής : Οι επιφάνειες που πρόκειται να φορτιστούν και να διαμορφωθούν επίπεδες με το χέρι ή με λιθοπρίονο ή με σειρά επάλληλων διατρήσεων με την ελάχιστη δυνατή διατάραξη του δοκιμίου. Οπωσδήποτε απαγορεύεται η χρήση εκρηκτικών υλών. Ανάλογα με τη φύση του εδάφους ενδέχεται να απαιτηθεί διάταξη που να επιτρέπει την αποστράγγιση του δοκιμίου ή αντίστροφα τον κορεσμό του. Οι διαστάσεις του δοκιμίου είναι 0.7 m επί 0.7 m και δεν μπορεί να είναι μικρότερο από 0.4 m επί 0.4 m.το ύψος του δοκιμίου γενικά επιδιώκεται να είναι ίσο προς το μισό του πλάτους του.ύστερα από την παραπάνω διαμόρφωση τοποθετείται το πλαίσιο διατμήσεως. Επάνω στη φορτιζόμενη επιφάνεια θα κατασκευαστεί εξισωτική στρώση από αμμοτσιμεντοκονίαμα πάχους περίπου 3 cm. Η πλάκα φορτίσεως θα τοποθετηθεί ύστερα από 3 ημέρες επάνω στην εξισωτική στρώση. Η χαλύβδινη αυτή πλάκα θα φέρει εγκάρσια χαλύβδινα σκεπάσματα ώστε να εξασφαλίζεται πλήρης ακαμψία. Επάνω στη πλάκα τοποθετείται διάταξη που να εξασφαλίζει μόνιμη καθετότητα της καθέτου δυνάμεως. Η διάταξη αυτή μπορεί να αποτελείται από διάφορες μορφές αρθρώσεων είτε από σύστημα πλακοειδών γρύλλων είτε από οποιοδήποτε άλλο σύστημα. Ακολουθεί υδραυλικό έμβολο που να τροφοδοτείται από αντλία λαδιού. Η πίεση του λαδιού μέσα στο έμβολο θα μετριέται με μανόμετρο τοποθετημένο στην αντλία τροφοδοσίας. Η αντλία αυτή θα λειτουργεί έτσι ώστε να εξασφαλίζεται σταθερή πίεση στα έμβολα κατά τη διάρκεια της δοκιμής. Για τον έλεγχο δυνάμεως που επιβάλλεται πάνω στη πλάκα φορτίσεως πρέπει να παρεμβληθεί δυναμόμετρο μεταξύ του εμβόλου και του αντερείσματος του. Η όλη διάταξη πρέπει να επιτρέπει την ανενόχλητη σχετική μετατόπιση του δοκιμίου. Εκτέλεση δοκιμής : Πριν από την έναρξη της δοκιμής μπορεί να χρειαστεί να εφαρμοστεί προσυμπίεση. Μια τέτοια στερεοποίηση των δειγμάτων είναι δυνατό να απαιτήσει πολλές ημέρες. Η κάθετη φόρτιση εφαρμόζεται σε διάφορα στάδια. Η 20

21 καθίζηση για τα διάφορα στάδια φορτίσεως καταγράφεται και στη συνέχεια διάγραμμα καθιζήσεως σε σχέση με το χρόνο. Ανάλογα με το πρόγραμμα της δοκιμής σε κάθε στάδιο κάθετης φορτίσεως το οριζόντιο φορτίο οδηγείται ή όχι μέχρι διατμητικής θραύσεως. Μετά τη διατμητική θραύση η δοκιμή συνεχίζεται και με άλλα κάθετα φορτία ώστε να ληφθούν τιμές για τη παραμένουσα διατμητική αντοχή. Έκθεση αποτελεσμάτων της δοκιμής : Αμέσως μετά το τέλος της δοκιμής θα συνταχθεί δελτίο που θα αναφέρονται οι ημερομηνίες και οι ώρες ενάρξεως της δοκιμής, οι καιρικές συνθήκες, ο αριθμός και η θέση δοκιμής, οι υπεύθυνοι για την εκτέλεση δοκιμής, Οι ενδείξεις των μανομέτρων και των μηκυνσιομέτρων σε όλες τις αναγνώσεις κάθε σταδίου φορτίσεως με την ακριβή ώρα μετρήσεως αυτών, τα στοιχεία βαθμονομήσεως των μανομέτρων, τα στοιχεία συμβάντων κατά τη διάρκεια της δοκιμής που μπορεί να επηρεάσουν την ακρίβεια και την πιστότητα των αποτελεσμάτων. Στην τελική έκθεση της δοκιμής και του χώρου εργασίας που να περιέχουν με ακρίβεια : Τις διατάξεις και τον τρόπο αντιστηρίξεως του χώρου δοκιμής. Τη θέση, τις διαστάσεις και τον τρόπο μορφώσεως του δοκιμίου. Γεωλογικό χαρακτηρισμό της περιοχής της δοκιμής και τα γεωλογικά και εδαφοτεχνικά χαρακτηριστικά της συγκεκριμένης θέσεως του ελεγχόμενου εδάφους. Την διάταξη με όλες τις λεπτομέρειες φορτίσεως και παρατηρήσεως ων υποχωρήσεων. Διαγράμματα φορτίου σε συνάρτηση με τον χρόνο. Αναλυτικά διαγράμματα παραμορφώσεων σε συνάρτηση με τον χρόνο σε κάθε στάδιο φορτίσεως Διάγραμμα της διατμητικής συμπεριφοράς του εξεταζόμενου δοκιμίου. Περιγραφή χαρακτηριστικών της επιφάνειας με φωτογραφίες πριν και μετά τη δοκιμή. 21

22 2.2. Προσδιορισμός φυσικής υγρασίας Σκοπός : Η δοκιμή αυτή έχει σαν σκοπό τη μέτρηση της πυκνότητας του νερού που περιέχεται στο δείγμα του πετρώματος. Εκφράζεται σαν εκατοστιαία αναλογία της πυκνότητας του δείγματος σε ξηρά κατάσταση. Εργαστηριακός εξοπλισμός : Φούρνος ικανός να διατηρεί σταθερή θερμοκρασία στους 105 ο ± 3 ο C για περίοδο τουλάχιστον 24 ωρών. ψύξεως. Δοχείο από μη διαβρώσιμο υλικό με αεροστεγές πώμα. Κλίβανος ξηράνσεως για τη διατήρηση των δειγμάτων κατά τη διάρκεια της Ζυγός επαρκούς ικανότητας για τη ζύγιση του δείγματος με ακρίβεια 0,01% του βάρους του δείγματος. Εκτέλεση δοκιμής : Καθαρίζεται το δοχείο με το πώμα και ξηραίνεται και προσδιορίζεται η πυκνότητα του Α. Γίνεται διαλογή ενός αντιπροσωπευτικού δείγματος που αποτελείται από 10 τεμάχια πετρώματος που η πυκνότητα του καθενός είναι μεγαλύτερη από 50 gr ή το μέγεθός του είναι μεγαλύτερο από το δεκαπλάσιο του μεγίστου κόκκου των ορυκτών που συνιστούν το πέτρωμα. Τοποθετείται το δείγμα στο δοχείο, σφραγίζεται με το πώμα και προσδιορίζεται η πυκνότητα Β αυτών. Αποσφραγίζεται το δοχείο και τοποθετείται στο φούρνο σε θερμοκρασία 105 ο C μέχρι σταθερού βάρους. Σφραγίζεται το δοχείο με το πώμα και τοποθετείται στο κλίβανο ξηράνσεως για 30 min. Προσδιορίζεται η πυκνότητα C του δείγματος και του δοχείου. Υπολογισμοί : Υπολογίζεται η φυσική υγρασία του πετρώματος από τη σχέση W = [( B-C ) /( C-A )] * 100% Η φυσική υγρασία πρέπει να αναγράφεται με ακρίβεια 0.1% αναφέροντας αν η τιμή αυτή αντιστοιχεί στην επί τόπου φυσική υγρασία καθώς και τη μέθοδο συντηρήσεως του δείγματος. 22

23 2.3.Προσδιορισμός πορώδους και πυκνότητας Σκοπός : Με τη μέθοδο αυτή προσδιορίζεται η πυκνότητα και το πορώδες δοκιμίων του πετρώματος κανονικού γεωμετρικού σχήματος με τη χρήση μικρομέτρου και συσκευής κενού. Εργαστηριακός εξοπλισμός : Ένας φούρνος ικανός να διατηρεί σταθερή θερμοκρασία 105ο ±3ο C για περίοδο τουλάχιστον 24 ωρών. Ένας κλίβανος ξηράνσεως για τη διατήρηση των δοκιμίων κατά τη ψύξη. Ένα μικρόμετρο με ακρίβεια αναγνώσεως 0,1 mm. Μία συσκευή δημιουργίας κενού της τάξεως των 800 Pa Ένας ζυγός επαρκούς ικανότητας για τη ζύγιση των δοκιμίων με ακρίβεια 0,01% του βάρους τους. Εκτέλεση δοκιμής : Από ένα δείγμα πετρώματος μορφώνονται σε κανονικό γεωμετρικό σχήμα τρία δοκίμια που το καθένα έχει μάζα μεγαλύτερη των 50 gr. Με το μικρόμετρο μετρούνται οι διαστάσεις κάθε δοκιμίου, με ακρίβεια 0,1 mm και υπολογίζεται ο όγκος V. Το δοκίμιο τοποθετείται στη συσκευή δημιουργίας κενού 800 Pa όπου και παραμένει για 1 ώρα βυθισμένο στο νερό για να υποστεί κορεσμό. Η συσκευή ανακινείται περιοδικά για την απελευθέρωση των φυσαλίδων του αέρα. Μετά την απομάκρυνση του δοκιμίου από τη συσκευή κενού, η επιφάνειά του σφουγγίζεται με υγρό πανί και υπολογίζεται με τη μάζα του M sat. Τοποθετείται το δοκίμιο στο φούρνο σε θερμοκρασία 105ο C μέχρι σταθερής μάζας, αφήνεται να ψυχθεί για 30 min στον κλίβανο ξηράνσεως και υπολογίζεται η μάζα του M s. Υπολογισμοί : όγκος πόρων V U = ( M sat M S ) / P W Πορώδες : n = (V U / V ) * 100% Ξηρά πυκνότητα : P a = M s / V Υγρά πυκνότητα : P sat = ( M S + V U * P W )/ V Όπου P W είναι η πυκνότητα του νερού. Η πυκνότητα του δείγματος υπολογίζεται από τον μέσο όρο των τιμών για τα τρία δοκίμια σε Kg/m 3 και με ακρίβεια 10 Kg/m 3. Το πορώδες του δείγματος υπολογίζεται από τον μέσο όρο των τιμών για τα τρία δοκίμια με ακρίβεια 0,1%. 23

24 Μπορούμε όμως να προσδιορίζουμε το πορώδες και την πυκνότητα δειγμάτων πετρώματος και με τη μέθοδο της ανώσεως και τη χρήση συσκευής κενού. Σκοπός : Με τη μέθοδο αυτή προσδιορίζεται το πορώδες και η πυκνότητα των δοκιμίων πετρώματος ακανόνιστου σχήματος. Εργαστηριακός εξοπλισμός : Ένας φούρνος ικανός να διατηρεί σταθερή θερμοκρασία 105 ο ± 3 ο C για περίοδο τουλάχιστον 24 ωρών. Ένα δοχείο από μη διαβρώσιμο υλικό με αεροστεγές πώμα. Ένας κλίβανος ξηράνσεως για τη διατήρηση των δοκιμίων κατά τη ψύξη. Μία συσκευή δημιουργίας κενού της τάξεως των 800 Pa. Ένας ζυγός επαρκούς ικανότητας για τη ζύγιση των δοκιμίων με ακρίβεια 0,01% του βάρους τους. Ένα συρμάτινο καλάθι. Ένα δοχείο για τη βύθιση του συρμάτινου καλαθιού στο νερό με κατάλληλο εξάρτημα αναρτήσεως του συρμάτινου καλαθιού από το κέντρο του δίσκου του ζυγού. Εκτέλεση δοκιμής : Ένα δείγμα πετρώματος. Που αποτελείται από 10 τουλάχιστον τεμάχια ακανόνιστου σχήματος που το καθένα έχει μάζα μεγαλύτερη των 50 gr, ξεπλένεται για την απομάκρυνση της σκόνης. Στη συνέχεια το δείγμα τοποθετείται στη συσκευή δημιουργίας κενού 800 Pa όπου και παραμένει για 1 ώρα βυθισμένο στο νερό για να υποστεί κορεσμό. Η συσκευή ανακινείται περιοδικά για την απελευθέρωση των φυσαλλίδων του αέρα. Μετά την απομάκρυνση του δείγματος από τη συσκευή κενού, μεταφέρεται στο συρμάτινο καλάθι και βυθίζεται στον νερό. Προσδιορίζεται η μάζα του εμβαπτισμένου δείγματος MSUB με ακρίβεια 0,1 gr σαν διαφορά μαζών : «δείγμα + καλάθι» μείον «καλάθι». 24

25 Καθαρίζεται το δοχείο με το πώμα και προσδιορίζεται η μάζα του Α. Αφού σφουγγιστούν τα τεμάχια του δείγματος με ένα υγρό πανί, τοποθετούνται στο δοχείο, σφραγίζονται με το πώμα και υπολογίζεται η μάζα τους Β. Στη συνέχεια αποσφραγίζεται το δοχείο και τοποθετείται στο φούρνο σε θερμοκρασία 105 ο C μέχρι σταθερής μάζας. Μετά την ξήρανση του δείγματος σφραγίζεται το δοχείο με το δείγμα και τοποθετείται στον κλίβανο ξηράνσεως για 30 min. Τέλος προσδιορίζεται η μάζα C του δοχείου με το ξηρό δείγμα. Υπολογισμοί : Μάζα κορεσμένου και επιφανειακά ξηρού δείγματος Μ sat = B A. Μάζα ξηρού δείγματος M S = C A Όγκος δείγματος V ( M SAT M SUB )/ P W Όγκος πόρων V U (M SAT M S )/ P W Πορώδες n = ( V U /V ) * 100% Ξηρά πυκνότητα P d = M S / V Υγρά πυκνότητα P sat = ( M S + V U *P W )/V Όπου PW είναι η πυκνότητα του νερού. Η πυκνότητα του δείγματος δίνεται σε Kg/m3 με ακρίβεια 10 Kg/m3 και το πορώδες με ακρίβεια 0,1%. 25

26 2.4. Προσδιορισμός αντοχής σε μονοαξονική θλίψη Σκοπός : Η μέθοδος της δοκιμής αυτής έχει σαν σκοπό τον προσδιορισμό αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη δοκιμίων πετρωμάτων ορθού κυλινδρικού σχήματος. Εργαστηριακός εξοπλισμός : Μηχανή φορτίσεως Πρέπει να είναι κατάλληλα εξοπλισμένη για την εφαρμογή, τον έλεγχο και τη μέτρηση του αξονικού φορτίου και επίσης να έχει επαρκή ικανότητα για την εφαρμογή του απαιτούμενου φορτίου. Η μηχανή θα πρέπει να είναι εξοπλισμένη με δυο ψαλύβδινες πλάκες κυκλικού σχήματος σκληρότητας κατά Rockwell όχι μικρότερης του HRC 58. Η μία από τις πλάκες πρέπει να έχει σφαιρική έδραση και η άλλη να είναι άκαμπτη και επίπεδη. Οι πλάκες αυτές θα πρέπει να έχουν πάχος μεγαλύτερο των 15 mm και οι επιφάνειές τους δεν θα πρέπει να αποκλίνουν του επιπέδου περισσότερο από 0,005 mm. Το δοκίμιο, οι χαλύβδινες πλάκες και η σφαιρική έδραση θα πρέπει να είναι κεντρωμένα σε σχέση με τον άξονα φορτίσεως. Εκτέλεση δοκιμής : Τα δοκίμια πρέπει να είναι ορθού κυλινδρικού σχήματος με λόγο ύψους προς διάμετρο 2,5 3,0 και διάμετρο όχι μικρότερη των 54 mm, Οπωσδήποτε η διάμετρος του δοκιμίου θα πρέπει να είναι 10πλάσια του μεγέθους του μεγαλύτερου κόκκου των ορυκτών που συμμετέχουν στη δομή του πετρώματος. Τα άκρα του δοκιμίου θα πρέπει να είναι λεία και επίπεδα με μέγιστη απόκλιση 0,02 mm και να κόπτωνται παράλληλα μεταξύ τους ώστε να μην αποκλίνουν από την κάθετο προς τον άξονα του δοκιμίου περισσότερο από 0,001 rad/ Η διάμετρος του δοκιμίου θα πρέπει να μετράται με ακρίβεια 0,1 mm με τη λήψη του μέσου όρου των δύο μετρήσεων της διαμέτρου σε ορθή γωνία μεταξύ τους στο μέσον του δοκιμίου, καθώς και στο άνω και κάτω άκρο αυτού. Ο μέσος όρος των έξι αυτών μετρήσεων χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της εγκάρσιας διατομής του δοκιμίου. Το ύψος του δοκιμίου μετράται με ακρίβεια 1,0 mm. Οι συνθήκες υγρασίας του δοκιμίου κατά τη δοκιμή θα πρέπει να αντιπροσωπεύουν τις πραγματικές επί τόπου συνθήκες/ 26

27 Είναι δυνατόν όμως οι συνθήκες υγρασίας να είναι διαφορετικές ή τα δοκίμια να είναι σε ξηρά κατάσταση, οπότε οι συνθήκες αυτές της δοκιμής θα πρέπει να αναφέρονται στο δελτίο αποτελεσμάτων. Τα δοκίμια που εξετάζονται σε ξηρά κατάσταση πρέπει να τοποθετούνται σε φούρνο θερμοκρασίας 105 ο ± 5 ο C για 24 ώρες. Το φορτίο πρέπει να εφαρμόζεται συνεχώς και βαθμιαία πάνω στο δοκίμιο με μία σταθερή ταχύτητα φορτίσεως τέτοια ώστε η θραύση του δοκιμίου να επέλθει μέσα σε 5 10 min από την αρχή της φορτίσεως. Η ταχύτητα αυτή θα πρέπει να κυμαίνεται από 0,5 έως 1,0 MPa / sec. Το μέγιστο φορτίο που επιβλήθηκε στο δοκίμιο θα πρέπει να αναφέρεται σε Newtons με ακρίβεια 1%. Ο αριθμός των δοκιμίων που υποβάλλονται σε θραύση εξαρτάται από τον τύπο του πετρώματος και του διαθέσιμου δείγματος. Συνιστάται πάντως τα δοκίμια να είναι περισσότερα από πέντε για κάθε δείγμα πετρώματος. Υπολογισμοί : Η αντοχή του δοκιμίου σε ανεμπόδιστη θλίψη υπολογίζεται δια διαιρέσεως του μεγίστου φορτίου που επιβλήθηκε στο δοκίμιο με το εμβαδόν της εγκάρσιας διατομής, σύμφωνα με τον τύπο σ c = P/A Όπου σ c : αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη του δοκιμίου σε Pa Ρ : μέγιστο φορτίο σε Ν Α : εμβαδόν της εγκάρσιας διατομής του δοκιμίου σε m 2 Δελτίο αποτελεσμάτων : Στο δελτίο αποτελεσμάτων θα πρέπει να περιλαμβάνονται τα εξής Η πετρογραφική περιγραφή του δείγματος Η προέλευση του δείγματος ( γεωγραφική θέση, το βάθος και η μέθοδος λήψεως, η ημερομηνία και οι συνθήκες διατηρήσεως ). Η ημερομηνία της δοκιμής και ο τύπος της μηχανικής φορτίσεως. Η ταχύτητα θραύσεως του δοκιμίου και ο χρόνος δοκιμής. Η φυσική υγρασία και ο βαθμός κορεσμού του δοκιμίου. Η διάμετρος και το ύψος του δοκιμίου καθώς και κάθε άλλο διαθέσιμο στοιχείο για τη φυσική κατάσταση αυτού ( ειδικό βάρος, πορώδες κ.λ.π.). 27

28 Ο προσανατολισμός των επιφανειών ασυνέχειας ( σχιστότητα, στρώση κ.λ.π. ) ως προς τον άξονα φορτίσεως. Η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη για κάθε δοκίμιο του δείγματος καθώς και η μέση αντοχή αυτών που εκφράζει την αντοχή του πετρώματος σε θλίψη. Κάθε απόκλιση από τη μέθοδο της δοκιμής όπως έχει περιγραφεί Προσδιορισμός αντοχής σε σημειακή φόρτιση (point load) Σκοπός : Με τη μέθοδο αυτή πυρήνες δειγμάτων γεωτρήσεως υποβάλλονται σε αντιδιαμετρική σημειακή φόρτιση και προσδιορίζεται ο δείκτης σημειακής φορτίσεως Ι S αυτών. Εργαστηριακός εξοπλισμός : Μια φορητή συσκευή σημειακής φορτίσεως που αποτελείται από ένα μεταλλικό πλαίσιο, δύο μεταλλικές πλάκες που φέρουν μεταλλικά κωνικά άκρα ακτίνας καμπυλότητας 5 mm, μία χειροκίνητη υδραυλική αντλία για την επιβολή της πιέσεως, ένα έμβολο για την μετακίνηση της μιας πλάκας και ίνα μανόμετρο για τη μέτρηση της πιέσεως του εμβόλου ή του επιβαλλόμενου φορτίου. Εκτέλεση δοκιμής : Για τη δοκιμή χρησιμοποιούνται κυλινδρικά δοκίμια του πετρώματος διαμέτρου μεγαλύτερης των 42 mm και με αναλογία μήκους προς διάμετρο μεγαλύτερη του 1,4. Το δοκίμιο τοποθετείται μεταξύ των κωνικών άκρων φορτίσεως ώστε η φόρτιση να γίνεται στο μέσο μήκος του δοκιμίου και κατά τη διάμετρο.η φόρτιση γίνεται βαθμιαία και με σταθερή ταχύτητα μέχρι θραύσεως του δοκιμίου. Η πίεση του μανόμετρου ή το αντίστοιχο φορτίο κατά τη θραύση, αναγράφεται στο δελτίο αποτελεσμάτων. Οι συνθήκες υγρασίας του δοκιμίου κατά τη δοκιμή πρέπει να αντιπροσωπεύουν τις πραγματικές επί τόπου συνθήκες. Είναι δυνατό όμως οι συνθήκες υγρασίας να είναι διαφορετικές οπότε θα πρέπει να αναφέρονται στο δελτίο αποτελεσμάτων. Υπολογισμοί : Το μέγιστο φορτίο θραύσεως Ρ, σε άλλο τύπο συσκευής δίνεται απ ευθείας με την ανάγνωση της ενδείξεως του μανόμετρου, ενώ σε άλλο τύπο υπολογίζεται από τη σχέση Ρ = σ * (πd 2 /4) 28

29 Όπου σ είναι η ένδειξη του μανομέτρου κατά τη θραύση και d η διάμετρος του εμβόλου της συσκευής. Ο δείκτης σημειακής φορτίσεως Ιs δίνεται σε MPa και υπολογίζεται από τη σχέση Ι S = P/ D 2 Όπου D η απόσταση των κωνικών άκρων. Δελτίο αποτελεσμάτων : Στο δελτίο αποτελεσμάτων πρέπει να συμπεριλαμβάνονται τα εξής Η πετρογραφική περιγραφή του δείγματος Η προέλευση του δείγματος (γεωγραφική θέση, ημερομηνία, βάθος και μέθοδος λήψεως). Η ημερομηνία δοκιμής. Η υγρασία του δοκιμίου και αν είναι ξηρό η μέθοδος ξηράνσεως (συνθήκες δωματίου ή θερμοκρασία ξηράνσεως. Κ.λπ.) Οι διαστάσεις του δοκιμίου. Ο προσανατολισμός των ασυνεχειών ( σχιστότητα, στρώση ) ως προς τον άξονα φορτίσεως. Ο δείκτης σημειακής φόρτισης Ι S 29

30 2.6. Προσδιορισμός αντοχής σε τριαξονική θλίψη Σκοπός : Η μέθοδος αυτή έχει σαν σκοπό τον προσδιορισμό της αντοχής σε τριαξονική θλίψη δοκιμίων πετρωμάτων ορθού κυλινδρικού σχήματος. Η δοκιμή αυτή δίνει επίσης τα απαραίτητα στοιχεία για τον υπολογισμό της γωνίας εσωτερικής τριβής φ και της «φαινόμενης» συνοχής c των δοκιμίων. Οι τιμές της αντοχής όπως προσδιορίζονται με την παραπάνω μέθοδο δίνονται σε τιμές ολικών τάσεων, γιατί δεν προβλέπεται η μέτρηση της πιέσεως πόρων. Εργαστηριακός εξοπλισμός : Συσκευή φορτίσεως Αυτή πρέπει να είναι κατάλληλα εξοπλισμένη για την εφαρμογή και τη μέτρηση του αξονικού φορτίου που εφαρμόζεται στο δοκίμιο. Πρέπει επίσης να έχει επαρκή ικανότητα για την εφαρμογή του απαιτούμενου φορτίου με ταχύτητα εφαρμογής αυτού όπως αναφέρεται παρακάτω. Συσκευή εφαρμογής και μετρήσεως πλευρικής πιέσεως Αυτή πρέπει να περιλαμβάνει μία υδραυλική αντλία ή άλλο σύστημα με επαρκή ικανότητα για την επιβολή σταθερής πλευρικής πιέσεως και τη διατήρηση αυτής με απόκλιση όχι μεγαλύτερη του 2% της επιθυμητής τιμής και ένα κατάλληλο μηχανισμό για τη μέτρηση της πλευρικής πιέσεως. Τριαξονικό κελί Στη συσκευή αυτή τοποθετούνται τα δοκίμια αφού πρώτα περιβληθούν με μία αδιαπέρατη εύκαμπτη μεμβράνη. Το κελί πρέπει να είναι εξοπλισμένο με δύο χαλύβδινες πλάκες με σφαιρικές επιδράσεις που προσαρμόζονται στις άκρες του δοκιμίου και που έχουν σκληρότητα κατά Rockwell όχι μικρότερη από HRC 58. Οι πλάκες αυτές πρέπει να έχουν πάχος μεγαλύτερο από 15 mm και οι επιφάνειες τους δεν πρέπει να αποκλίνουν του επιπέδου περισσότερο από 0,005 mm. Το τριαξονικό κελί πρέπει να έχει ένα κύλινδρο υψηλής πιέσεως, με κατάλληλες εισόδους για την πλήρη πλήρωσή του με το υδραυλικό υγρό, καθώς επίσης και μια βαλβίδα διαφυγής του αέρα. Προετοιμασία δοκιμίων : Τα δοκίμια πρέπει να είναι ορθού κυλινδρικού σχήματος με λόγο ύψους προς διάμετρο 2,0 έως 3,0 και διάμετρο μεγαλύτερη από 54 mm. Οπωσδήποτε η διάμετρος του δοκιμίου θα πρέπει να είναι 10πλάσια του 30

31 μεγέθους του μεγαλύτερου κόκκου των ορυκτών που συμμετέχουν στη δομή του πετρώματος. Τα άκρα του δοκιμίου θα πρέπει να είναι λεία και επίπεδα με μέγιστη απόκλιση 0,02 mm και να κόπτονται παράλληλα μεταξύ τους ώστε να μην αποκλίνουν από την κάθετο προς τον άξονα του δοκιμίου περισσότερο από 0,001 rad. Οι πλευρές του δοκιμίου θα πρέπει να είναι λείες και απαλλαγμένες από απότομες ανωμαλίες με μέγιστη απόκλιση από την ευθεία για όλο το,ήκος του δοκιμίου 0,3 mm. Η διάμετρος πρέπει να μετράται με ακρίβεια 0,1 mm με τη λήψη του μέσου όρου δύο μετρήσεων της διαμέτρου σε ορθή γωνία μεταξύ τους στο μέσον του δοκιμίου, καθώς και στο άνω και κάτω άκρο αυτού. Ο μέσος όρος των έξι αυτών μετρήσεων χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της εγκάρσιας διατομής του δοκιμίου. Το ύψος του δοκιμίου μετριέται με ακρίβεια 1,0 mm. Οι συνθήκες υγρασίας του δοκιμίου θα πρέπει να αντιπροσωπεύουν τις πραγματικές επί τόπου συνθήκες. Είναι δυνατόν όμως οι συνθήκες υγρασίας να είναι διαφορετικές ή τα δοκίμια να είναι σε ξηρά κατάσταση, οπότε οι συνθήκες αυτές της δοκιμής θα πρέπει να αναφέρονται στο δελτίο αποτελεσμάτων. Τα δοκίμια που εξετάζονται σε ξηρά κατάσταση πρέπει να τοποθετούνται σε φούρνο θερμοκρασίας 105 ο ± 5 ο C για 24 ώρες. Ο αριθμός των δοκιμίων και των τιμών της πλευρικής πιέσεως εξαρτάται από τον σκοπό για τον οποίο γίνονται οι δοκιμές. Συνίσταται πάντως τα δοκίμια να είναι περισσότερα από πέντε για κάθε δείγμα πετρώματος. Εκτέλεση δοκιμής : Αφού καθαριστούν τα άκρα του δοκιμίου των χαλύβδινων πλακών τοποθετείται εύκαμπτη μεμβράνη στο δοκίμιο και συναρμολογείται το κελί με την τοποθέτηση του δοκιμίου μεταξύ των πλακών. Γεμίζεται το κελί με το υδραυλικό υγρό και αφήνεται να διαφύγει ο αέρας από τη βαλβίδα εξαγωγής, Κλείνεται η βαλβίδα και εξασκείται μια μικρή πλευρική πίεση για να συγκρατήσει το σύστημα των πλακών και του δοκιμίου στο διάστημα μεταξύ των πλακών της μηχανής φορτίσεως και εξασκείται ένα μικρό αξονικό φορτίο ενώ γίνεται προσπάθεια ευθυγραμμίσεως του κελιού με τον άξονα φορτίσεως. 31

32 Αυξάνεται προοδευτικά και ομοιόμορφα το αξονικό φορτίο και η πλευρική πίεση ώστε η αξονική και πλευρική πίεση να γίνουν ίσες με την επιθυμητή πλευρική πίεση. Στη συνέχεια αυξάνεται συνεχώς και βαθμιαία το αξονικό φορτίο ενώ η πλευρική πίεση διατηρείται σταθερή με απόκλιση από την επιθυμητή τιμή μικρότερη του 2%. Η ταχύτητα φορτίσεως πρέπει να είναι τέτοια ώστε η θραύση του δοκιμίου να επέλθει μέσα σε 5-15 min από την αρχή της φορτίσεως ή η τιμή της να κυμαίνεται από 0,5-1,0 MPa/sec. Η τιμή της πλευρικής πιέσεως και του αξονικού φορτίου θραύσεως αναγράφονται και στο δελτίο της δοκιμής. Υπολογισμοί : Η αντοχή του δοκιμίου σε τριαξονική θλίψη υπολογίζεται δια διαιρέσεως του μεγίστου φορτίου που επιβλήθηκε στο δοκίμιο με το εμβαδόν της εγκάρσιας διατομής σύμφωνα με τον τύπο σ 1 = Ρ/Α όπου σ 1 : αντοχή σε τριαξονική θλίψη του δοκιμίου σε Ρa Ρ : μέγιστο αξονικό φορτίο σε Ν Α : εμβαδόν της εγκάρσιας διατομής του δοκιμίου σε m 2 Οι πλευρικές πιέσεις σ 3 και οι αντίστοιχες αντοχές για διαφορετικά δοκίμια του ίδιου δείγματος σημειώνονται σε σύστημα ορθογώνιων αξόνων. Τα σημεία αυτά συνδέονται με ευθύγραμμα τμήματα που κάθε ένα από αυτά χαρακτηρίζεται από την εφαπτόμενη της γωνίας κλίσεως αυτού m και την τιμή b που ορίζει η τομή του ευθύγραμμου τμήματος με τον άξονα της αξονικής τάσης. Για τον υπολογισμό της γωνίας εσωτερικής τριβής φ και της «φαινόμενης» συνοχής c χρησιμοποιούνται οι σχέσεις : φ = arc sin[(m-1)/(m+1)] c = b*[(1-sinφ)/2cosφ] Για κάθε ευθύγραμμο τμήμα, που αντιστοιχεί σε ένα ορισμένο πεδίο τιμών της πλευρικής πιέσεως, αντιστοιχούν χαρακτηριστικές τιμές της γωνίας εσωτερικής τριβής και της «φαινόμενης» συνοχής. Δελτίο αποτελεσμάτων : Στο δελτίο αποτελεσμάτων περιλαμβάνονται τα εξής 32

33 Η πετρογραφική περιγραφή του δείγματος. Η προέλευση του δείγματος (γεωγραφική θέση, βάθος και μέθοδος λήψεως, ημερομηνία και συνθήκες διατηρήσεως). Η ημερομηνία της δοκιμής και η περιγραφή του εργαστηριακού εξοπλισμού. Η ταχύτητα θραύσεως του δοκιμίου και ο χρόνος δοκιμής. Η φυσική υγρασία, ο βαθμός κορεσμού και ο χρόνος δοκιμής. Η φυσική υγρασία, ο βαθμός κορεσμού του δοκιμίου και κάθε άλλο διαθέσιμο στοιχείο για τη φυσική κατάσταση αυτού (ειδικό βάρος, πορώδες, κ.λπ.) καθώς και ο τύπος θραύσεως αυτού. Ο προσανατολισμός των επιφανειών ασυνέχειας (σχιστότητα, στρώση, κ.λπ.) ως προς τον άξονα φορτίσεως. Ένας πίνακας με τον αριθμό του δοκιμίου, το ύψος αυτού, τη διάμετρο, την πλευρική πίεση και την αντίστοιχη αντοχή. Το διάγραμμα αξονικών τάσεων πλευρικών πιέσεων όπως αναφέρθηκε πιο πριν. Ένας πίνακας με τις τιμές φ και c καθώς και το πεδίο τιμών της πλευρικής πιέσεως, για το οποίο ισχύουν οι τιμές αυτές. Κάθε απόκλιση από τη μέθοδο της δοκιμής όπως έχει περιγραφεί. 33

34 2.7. Προσδιορισμός σκληρότητας με το σφυρί Schmidt (L) Σκοπός : Η μέθοδος αυτή έχει σαν σκοπό τον καθορισμό της σκληρότητας δειγμάτων πετρώματος με τη χρήση του σφυριού Schmidt. Στη περίπτωση που τα πετρώματα είναι πολύ σκληρά ή πολύ μαλακά, η μέθοδος έχει περιορισμένη εφαρμογή. Συσκευή μετρήσεως : Η συσκευή αποτελείται από Ένα σφυρί αναπηδήσεως Schmidt τύπου L με ενέργεια κρούσεως 0,74 Nm και Μία χαλύβδινη βάση διατομής U ή V και μάζας μεγαλύτερης των 20 kg στην οποία προσαρμόζεται σταθερά το δείγμα. Εκτέλεση δοκιμής : Πριν την δοκιμή γίνεται βαθμονόμηση της συσκευής με ένα πρότυπο δείγμα, υπολογίζοντας το μέσο όρο 10 μετρήσεων. Το δείγμα εάν είναι ορθού κυλινδρικού σχήματος θα πρέπει να έχει διάμετρο μεγαλύτερη από 54 mm ή αν πρόκειται για δείγματα κυβικού σχήματος ακμή μεγαλύτερη από 6 cm, Κάθε δείγμα διαφορετικού σχήματος πρέπει να αναγράφεται στο δελτίο αποτελεσμάτων. Η επιφάνεια του δείγματος πρέπει να είναι ομαλή χωρίς την παρουσία μικρορωγμών ή άλλων ασυνεχειών μέχρι βάθους περίπου 5 cm από την επιφάνεια κρούσεως. Το σφυρί πρέπει να χρησιμοποιείται σε μια από τις τρείς παρακάτω θέσεις: οριζόντια, κατακόρυφη με τον έμβολο προς τα κάτω και κατακόρυφη με το έμβολο προς τα πάνω με μέγιστη απόκλιση ± 5 ο. Το έμβολο του σφυριού πιέζεται σταθερά πάνω στην επιφάνεια του δείγματος, μέχρι να απελευθερωθεί το ελατήριο κρούσεως και ακουσθεί ο χαρακτηριστικός κρότος. Η ένδειξη σκληρότητας διαβάζεται στη βαθμονομημένη κλίμακα που υπάρχει στο κυρίως σώμα του σφυριού. Για κάθε άλλο προσανατολισμό χρησιμοποιούνται οι καμπύλες διορθώσεως του κατασκευαστή ενώ η διεύθυνση καθώς και οι διορθωμένες τιμές αναγράφονται στο δελτίο αποτελεσμάτων. Τουλάχιστον 20 μετρήσεις πρέπει να γίνονται σε κάθε δείγμα πετρώματος, ενώ κάθε κρούση που θα επιφέρει θραύση πρέπει να απορρίπτεται. 34

35 Υπολογισμοί : Υπολογίζεται ο συντελεστής διορθώσεως από τη σχέση C =K/K 10 Όπου C : ο συντελεστής διορθώσεως Κ : η σταθερή τιμή σκληρότητας πρότυπου δείγματος Κ 10 : η μέση τιμή 10 μετρήσεων κατά τη βαθμονόμηση της συσκευής. Από τι μετρήσεις που έγιναν στο δείγμα, οι μισές με τις μικρότερες τιμές απορρίπτονται και από τις υπόλοιπες υπολογίζεται ο μέσος όρος. Ο μέσος όρος πολλαπλασιαζόμενος με το συντελεστή διορθώσεως δίνει την αντιπροσωπευτική σκληρότητα του δείγματος. Δελτίο αποτελεσμάτων : Το δελτίο αποτελεσμάτων περιλαμβάνει τα εξής Πετρογραφική περιγραφή του δείγματος. Προέλευση του δείγματος(γεωγραφική θέση, βάθος και μέθοδος λήψεως, ημερομηνία και συνθήκες διατηρήσεως). Μέγεθος, σχήμα και φυσική υγρασία του δείγματος. Ημερομηνία δοκιμής. Μέθοδος συγκρατήσεως του δείγματος. Προσανατολισμός του άξονα του σφυριού. Σκληρότητα του δείγματος όπως υπολογίσθηκε πιο πριν. 35

36 36

37 Ενότητα Πετρογραφική διερεύνηση Η βασική γεωλογική έρευνα καλείται να δώσεις πληροφορίες σχετικά με : Τον τύπο του πετρώματος Το χρώμα Το μέγεθος των κόκκων Τη δομή και τον ιστό Τον βαθμό αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης Η ορυκτολογική σύσταση επηρεάζει σημαντικά τη μηχανική συμπεριφορά των πετρωμάτων. Αν και δεν είναι δυνατό να προκύψουν γενικής χρήσεις ποσοτικές συσχετίσεις μεταξύ ορυκτολογικής σύστασης και αντοχής για τα πετρώματα, για μερικά είδη πετρωμάτων τέτοιες συσχετίσεις έχουν προσδιοριστεί. Τα ιζήματα σχηματίζονται με την απόθεση αποσαθρωμένου υλικού μέσα σε ιζηματογενενείς λεκάνες. Το υλικό αυτό δεν κατανέμεται τυχαία στον χώρο ιζηματογένεσης, αλλά παρουσιάζει μία εσωτερική οργάνωση, έχει κάποια διάταξη. Την διάταξη αυτή μπορούμε να την παρακολουθήσουμε και να τη μελετήσουμε σε φυσικές τομές κοντά στην επιφάνεια, συνήθως στις πλευρές κοιλάδων και ποταμών. Η διάταξη των υλικών σε στρώματα αποτελεί τη πιο συνηθισμένη και χαρακτηριστική μορφή εμφάνισης στα ιζήματα και ιζηματογενή πετρώματα. Τα στρώματα διακρίνονται μεταξύ τους από τη διαφορετική σύσταση, υφή, σκληρότητα, συνοχή ή και χρωματισμό. Ένα στρώμα είναι μία ιζηματολογική μονάδα που σχηματίστηκε κάτω από ομοιόμορφες και σταθερές φυσικές συνθήκες και μπορεί να αποτελείται από ομογενή ή ετερογενή υλικά. Τα υλικά αυτά μερικές φορές παρουσιάζουν διάταξη σε λεπτότερα επίπεδα που είναι γνωστά με τον όρο στρώσεις. Το πάχος μίας στρώσεις κανονικά είναι μικρότερο από 1 cm, αλλά αυτό εξαρτάται τελικά από το πάχος που έχει το στρώμα μέσα στο οποίο βρίσκεται η στρώση. Έτσι σε παχιά στρώματα συναντάμε στρώσεις που το πάχος τους να είναι μερικά εκατοστά. Τα δομικά ορυκτά των μαγματικών και μεταμορφωμένων πετρωμάτων έχουν μία συνοχή, αλληλοσυνδέονται σταθερά και βρίσκονται σε πολύ στενή επαφή 37

38 μεταξύ τους. Αντίθετα τα δομικά συστατικά των ιζηματογενών πετρωμάτων, παρουσιάζουν ένα ιδιόρρυθμο και ξεχωριστό σκελετό, του οποίου τα κύρια στοιχεία δείχνουν εφαπτόμενες ή σημειακές επαφές μεταξύ τους. Λόγω αυτής της γεωμετρικής δομής, τα ιζήματα, σε αντίθεση εμφανίζουν υψηλό πορώδες και διαπερατότητα. Τα ιζηματογενή πετρώματα διακρίνονται επίσης για τη χαλαρή δομή και την έλλειψη σκληρότητας που τα χαρακτηρίζει. Ο όρος ιστός αναφέρεται κυρίως στον προσανατολισμό όλων των συστατικών του πετρώματος καθώς επίσης και στα γεωμετρικά χαρακτηριστικά τους. Με τον όρο αυτό πολλές φορές και η υφή καθώς και η δομή του πετρώματος σε κλίμακα μεγέθους μερικών εκατοστών. Στον ιστό περιλαμβάνονται κυρίως δομές που συναντώνται συστηματικά στο πέτρωμα, όπως η φύλλωση, η σχιστότητα και η συστηματική εναλλαγή λεπτοστρώσεων. Οι δομές αυτές είναι υπεύθυνες στη μεγάλη διακύμανση της αντοχής του ακέραιου πετρώματος (ανισοτροπία αντοχής). Γενικά ένα πέτρωμα από πλευράς ιστού μπορεί να χαρακτηριστεί σαν ομοιογενές ή ετερογενές, ισότροπο ή ανισότροπο. Για παράδειγμα, ένας χαλαζίτης είναι ομοιογενής και ανισότροπος αν αποτελείται ολοκληρωτικά από επιμήκεις κρυστάλλους χαλαζία προσανατολισμένους παράλληλα προς μία διεύθυνση. Εργασίες για τον καθορισμό των δεικτών αντοχής σε σχέση με την μικροδομή έχουν γίνει στο εργαστήριο τεχνικής γεωλογίας του πανεπιστημίου Πατρών. Δοκιμές όπως ο προσδιορισμός του δείκτη σημειακής αντοχής και η χρήση του σφυριού Schmidt δίνουν πληροφορίες για τη μικροδομή πιο εύκολα και πιο οικονομικά από τη χρήση άλλων δοκιμών όπως ο προσδιορισμός άμεσης διάτμησης. Η ανάγκη να καθιερώσουμε δείκτες συσχέτισης και μετατροπής μεταξύ της δοκιμής άμεσης διάτμησης και άλλων πιο άμεσων δοκιμών υπάρχει αμέσως μετά από την περίοδο ανάπτυξης της δοκιμής σημειακής φόρτισης και τα χρήσης του σφυριού Schmidt. Με εξισώσεις και δείκτες, οι οποίοι διαφέρουν στη βιβλιογραφία, είναι ξεκάθαρο ότι δεν υπάρχουν αποκλειστικοί παράγοντες και σχέσεις που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον ίδιο τύπο πετρώματος. 38

39 Πολλές εμπειρικές σχέσεις έχουν προταθεί συσχετίζοντας τις δυναμικές παραμέτρους είτε με μέτρηση των φυσικών ιδιοτήτων (πχ πορώδες) είτε με χρήση άλλων παραγόντων (πχ μέτρο ελαστικότητας του Young). Αυτές απαιτούν πολύ χρόνο και μεγάλο κόστος. Το κύριο ζητούμενο αυτών των σχέσεων είναι ο προσδιορισμός της δυναμικής αντοχής και των παραμορφωτικών τάσεων χρησιμοποιώντας έναν εύκολο, γρήγορο και οικονομικό τρόπο στα πρώτα στάδια της ερευνητικής δραστηριότητας. Τα πετρογραφικά χαρακτηριστικά ενός πετρώματος έχουν κατασκευαστικό ρόλο στις μακρομηχανικές ιδιότητες και ιδιαίτερα στη μηχανική αντοχή. Η ορυκτολογική σύσταση, το κοκκομετρικό μέγεθος και η μικροδομή είναι παράγοντες που επηρεάζουν τη δυναμική αντοχή και τις παραμέτρους παραμόρφωσης. Οι παράμετροι που καθορίστηκαν από τις δοκιμές στο εργαστήριο και από τις δοκιμές επί ξηρού για καλύτερο συσχετισμό των αποτελεσμάτων, είναι οι : προσδιορισμός πορώδους, προσδιορισμός ξηρού βάρους, προσδιορισμός σκληρότητας με το σφυρί Schmidt, δοκιμή ανεμπόδιστης θλίψης, δοκιμή σημειακής φόρτισης, προσδιορισμός του δείκτη ελαστικότητας και δοκιμή τριαξονικής φόρτισης. Τα αποτελέσματα των εργαστηριακών δοκιμών σε αδιατάρακτο δείγμα όπως και ο προσδιορισμός των φυσικών και μηχανικών παραμέτρων έγιναν σύμφωνα με τις μεθόδους ISRM (1981, 1985) και ASTM (1986a, b, 1993). Στο εργαστήριο τεχνικής γεωλογίας εξετάστηκαν 447 δείγματα όπου και προσδιορίστηκαν οι δυναμικές τους παράμετροι. Με βάση το ολικό πορώδες : Είναι μία από τις πιο σημαντικές φυσικές ιδιότητες των πετρωμάτων μαζί με την αντοχή και τη παραμορφωσιμότητα. Οι αποσαθρωτικές διαδικασίες προκαλούν προοδευτικές αλλαγές στο αρχικό πορώδες του πετρώματος εξαιτίας της αλλαγής στην κοκκομετρική διάταξη, στο κοκκομετρικό μέγεθος, την γεωμετρία των κόκκων, την σύνδεσή τους και το συνδετικό υλικό. Η σχέση μεταξύ του ολικού πορώδους και του ξηρού βάρος είναι γραμμική και εκφράζεται επί τις 100. Αυτό μας υποδικνύει τη σχέση μεταξύ ολικού πορώδους και αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη. Το σφυρί Schmidt : είναι μία δοκιμή που χρησιμοποιείται από το 1960 και δεν διαταράσσει τα δείγματα. Έχει παγκόσμια χρήση, μεγάλη ευκολία και 39