ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΧΑΛΑΡΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΛΑΚΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΤΟΥ Ν. ΑΧΑΪΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΤΟΜΕΑΣ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΓΕΩΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ» ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ: ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΙΑΤΡΙΒΗ ΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙ ΙΚΕΥΣΗΣ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΑΝΘΕΚΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΧΑΛΑΡΩΣΗ ΤΩΝ ΜΑΛΑΚΩΝ ΒΡΑΧΩΝ ΤΟΥ Ν. ΑΧΑΪΑΣ ΕΠΙΒΛΕΠΟΝΤΕΣ ΚΑΘΗΓΗΤΕΣ Γ.ΚΟΥΚΗΣ Ν.ΣΑΜΠΑΤΑΚΑΚΗΣ ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΟΥ ΧΡΙΣΤΙΝΑ ΠΑΤΡΑ 2008

2 ΕΤΧΑΡΙΣΙΕ Η α α αυ π α µα π α π α α υ Π µµα απ υ α π υ «Γ π µ α Π» υ µ µα Γ α υ Πα π µ υ Πα α υ «Εφα µ µ α Π α Γ α». Γ α π α µα π πα α π µα α α α α α υ α : α Γ α. Γ α α α υµπα α υ α α αυ α α α π α π υ α. α αµπα α α π µ υµ υ α υπ υ. Επ α.. αµπ α υµµ υ α π π. Θα α π π α υ α υπ φ α υ µ α α. π υ α π π υ α φ Α α α α υ α α υ. Ευ α υµφ µ υ Ε π π υ α π µ υ α α α π α α α υπα υ α υ α υ.

3 ΠΕΡΙΕΥΟΜΕΝ ΚΕΦ Λ ΙΟ 1: ΕΙ ΓΩΓΗ 1.1. ΝΣΙΚΕΙΜΕΝΟ - ΚΟΠΟ ΣΗ ΙΠΛΩΜ ΣΙΚΗ ΕΡΓ Ι 1 ΚΕΦ Λ ΙΟ 2: ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΘΕΩΡΗΗ ΣΗ ΕΤΡΤΣΕΡΗ ΠΕΡΙΟΥΗ ΣΗ ΠΟΛΗ ΣΩΝ Π ΣΡΩΝ ΕΙΜΙΚΟΣΗΣ 2.1. ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΟΜΗ ΤΠΟ ΘΡΟ ΝΕΟΓΕΝΕΙ ΣΕΣ ΡΣΟΓΕΝΕΙ ΠΟΘΕΕΙ ΣΕΚΣΟΝΙΚΗ ΕΙΜΙΚΟΣΗΣ 13 ΚΕΦ Λ ΙΟ 3: ΚΛΗΡ Ε ΦΗ Μ Λ ΚΟΙ Ρ ΥΟΙ 3.1. ΤΜΠΕΡΙΦΟΡ ΣΩΝ «ΚΛΗΡΩΝ Ε ΦΩΝ Μ Λ ΚΩΝ Ρ ΥΩΝ» Σ ΣΕΥΝΙΚ ΕΡΓ ΟΙ «Μ ΡΓ ÏΚΟΙ» ΥΗΜ ΣΙΜΟΙ ΕΜΠΕΙΡΙΕ ΠΟ ΣΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΥΩΡΟ 20 ΚΕΦ Λ ΙΟ 4: ΕΙΓΜ ΣΟΛΗΦΙ 4.1. ΠΕΡΙΓΡ ΦΗ ΣΩΝ ΘΕΕΩΝ ΕΙΓΜ ΣΟΛΗΦΙ 24 ΚΕΦ Λ ΙΟ 5: ΕΡΓ ΣΗΡΙ ΚΕ ΟΚΙΜΕ Κ Ι Σ ΞΙΝΟΜΗΗ ΣΩΝ ΕΙΓΜ ΣΩΝ 5.1. ΦΤΙΚΕ Ι ΙΟΣΗΣΕ ΚΟΚΚΟΜΕΣΡΙΚΗ Ν ΛΤΗ ΜΕ Ρ ΙΟΜΕΣΡΟ ΠΡΟ ΙΟΡΙΜΟ ΣΟΤ ΕΙ ΙΚΟΤ ΡΟΤ Ε ΦΙΚΟΤ ΤΛΙΚΟΤ ΛΕΠΣΟΣΕΡΟΤ ΣΩΝ 2 mm ΠΡΟ ΙΟΡΙΜΟ ΟΡΙΟΤ Τ ΡΟΣΗΣ ΜΕ ΣΗ ΤΚΕΤΗ CASAGRANDE ΠΡΟ ΙΟΡΙΜΟ ΟΡΙΟΤ ΠΛ ΣΙΚΟΣΗΣ ΠΡΟ ΙΟΡΙΜΟ Φ ΙΝΟΜΕΝΟΤ ΡΟΤ ΤΝΕΚΣΙΚΩΝ ΤΛΙΚΩΝ ΓΡ ΜΜΙΚΗ ΤΡΡΙΚΝΩΗ ΝΘΡ ΚΙΚ Λ Σ ΟΚΙΜΗ ΕΛΕΤΘΕΡΗ ΙΟΓΚΩΗ ΜΗΥ ΝΙΚΕ Ι ΙΟΣΗΣΕ ΠΡΟ ΙΟΡΙΜΟ ΣΟΤ ΕΙΚΣΗ Χ Λ ΡΩΗ (SLAKE DURABILITY INDEX) 51 ΚΕΦ Λ ΙΟ 6: ΠΟΣΕΛΕΜ Σ ΕΡΓ ΣΗΡΙ ΚΩΝ ΟΙΚΙΜΩΝ - ΤΜΠΕΡ Μ Σ 6.1. Π ΡΟΤΙ Η ΠΟΣΕΛΕΜ ΣΩΝ ΕΠΕΞΕΡΓ Ι ΠΟΣΕΛΕΜ ΣΩΝ ΤΜΠΕΡ Μ Σ 69 Ι ΛΙΟΓΡ ΦΙ

4 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ-ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Η παρούσα διπλωµατική εργασία έχει σαν αντικείµενο µελέτης την αποτίµηση των φυσικών παραµέτρων των µαλακών βράχων. Η περιοχή µελέτης τοποθετείται στο βορειοδυτικό τµήµα της Πελοποννήσου και συγκεκριµένα στο Νοµό Αχαΐας. Η περιοχή αυτή οριοθετείται στην περιοχή του Άνω ιακοφτού και της ευρύτερης περιοχής Καλαβρύτων φτάνοντας µέχρι την ευρύτερη περιοχή της πόλης της Ακράτας. Η περιοχή µελέτης φαίνεται χαρακτηριστικά στο παρακάτω χάρτη του Νοµού Αχαΐας και περιλαµβάνει δύο διαφορετικούς δήµους: το ήµο Ακράτας και το δήµο Αιγείρας. Εικ.1. 1: Χάρτης περιοχής µελέτης Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 1

5 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Η περιοχή αυτή λόγω της µεγάλης έκτασής της περιλαµβάνει δύο διαφορετικές ζώνες. Συγκεκριµένα περιλαµβάνει τις εξής γεωτεκτονικές ζώνες : -Ζώνη Γαβρόβου- Τριπόλεως -Ζώνη Ωλονού- Πίνδου Οι ιδιαιτερότητες των φυσικών χαρακτηριστικών των σχηµατισµών αυτών απαιτούν τη συστηµατική τους διερεύνηση. Για το λόγο αυτό η µελέτη τους αποκτά µεγάλο ενδιαφέρον. Η εργασία περιλαµβάνει τα παρακάτω στάδια: -Περιγραφή των γεωλογικών συνθηκών σε ευρεία κλίµακα και συγκέντρωση τεκτονικών και σεισµικών στοιχείων της ευρύτερης περιοχής µελέτης. -Λεπτοµερής εξέταση, διαχωρισµός και ακριβής προσδιορισµός των θέσεων δειγµατοληψίας της περιοχής µελέτης. - ειγµατοληψία από τους σχηµατισµούς που απαντώνται στην περιοχή και εκτέλεση εργαστηριακών δοκιµών -Προσδιορισµός των φυσικών παραµέτρων των υπό εξέταση υλικών -Στατιστική επεξεργασία των τιµών των εργαστηριακών δοκιµών µε σκοπό την εξαγωγή διαφόρων συµπερασµάτων για τη µηχανική συµπεριφορά των µαλακών βράχων. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 2

6 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗΣ ΤΗΣ 2 ΕΥΡΥΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΗΣ ΠΟΛΗΣ ΤΩΝ ΠΑΤΡΩΝ- ΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ 2.1 ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ Ο νοµός Αχαΐας είναι ένας από τους πιο ορεινούς νοµούς της χώρας. Οι κυριότεροι ορεινοί όγκοι στη περιοχή έρευνα είναι: α. Ο Χελµός. Καλύπτει το Νοτιοανατολικό τµήµα της περιοχής έρευνας και έχει ύψος µ. β. Το Παναχαϊκό βρίσκεται στις δυτικές παρυφές της περιοχής έρευνα και το ύψος του φτάνει στα 1.927µ. γ. Το όρος Ερύµανθος (Ωλονός).Βρίσκεται νότια του Παναχαϊκού και έχει µέγιστο υψόµετρο µ. Όλοι οι ορεινοί όγκοι έχουν γενική διεύθυνση αξόνων ΒΒ -ΝΝΑ/κή, δηµιουργήθηκαν κατά το στάδιο των Αλπικών πτυχώσεων και δέχθηκαν επίσης την επίδραση της µεταορογενετικής ανύψωσης από το Πλειόκαινο έως σήµερα. Η περιοχή χωρίζεται σε 7 κύριες και 5 δευτερεύουσες λεκάνες απορροής. Οι ποταµοί της περιοχής έρευνας (Κριός, Κράθης, Βουραϊκός, Λαδοπόταµος, Κερυνίτης, Σελινούντας, Μεγανίτης) σχηµατίζουν δέλτα µε τη µορφή κώνων ριπιδίων. Αυτό οφείλεται στο συσχετισµό προσφοράς κλαστικών υλικών, διασποράς αυτών από τα θαλάσσια ρεύµατα αλλά κυρίως στη ταχύτητα των ανοδικών ή καθοδικών κινήσεων που επικρατούν στις περιοχές εκβολής. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 3

7 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή 2.2. ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΟΜΗ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΙΟΝΙΟΣ ΖΩΝΗ Οι λιθοστρωµατογραφικές ενότητες που απαντούν στο νοµό Αχαΐας, αν και παρουσιάζουν µικρή επιφανειακή ανάπτυξη (µόνο στο Β /κό άκρο του) λόγω κάλυψης από νεογενείς και τεταρτογενείς αποθέσεις, ανήκουν στην εσωτερική περιοχή της ζώνης Εικ.2. 1: Σκαρίφηµα των γεωτεκτονικών ζωνών που απαντούν στην Πελοπόννησο (J. Aubouin, 1965). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 4

8 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή Ασβεστόλιθοι Βίγλας, ηλικίας Ανωτ. Ιουρασικού - Κατ. Κρητιδικού. Πρόκειται για πλακώδεις ασβεστολίθους, που παρουσιάζουν ισχυρή δολοµιτίωση, σε εναλλαγές µε λεπτές διαστρώσεις πυριτολίθων. Ασβεστόλιθοι Κρητιδικού, στη βάση τους είναι πελαγικοί, ενώ εξελίσσονται προς τα πάνω σε ωολιθικούς µε τρηµατοφόρα και στη συνέχεια σε πελαγικούς ασβεστολίθους µε ακτινόζωα. Στην κορυφή της σειράς επικρατούν µικρολατυποπαγείς ασβεστόλιθοι µε θραύσµατα ρουδιστών. Ασβεστόλιθοι Παλαιοκαίνου - Κάτω Ηωκαίνου µε ενστρώσεις πυριτολίθων. Φλύσχης ηωκαινικής ηλικίας, αποτελούµενος από λεπτές εναλλαγές ανοικτόφαιων αργίλων, µαργών και ψαµµιτών που εξελίσσονται προς τα πάνω σε πάγκους χονδρόκοκκων ψαµµιτών και ψηφιτοπαγών. Εικ.2.2: Σχηµατική λιθοστρωµατογραφική στήλη της Αδριατικοϊονίου ζώνης. 1: γύψος, 2: µαύροι ασβεστόλιθοι, 3: δολοµίτες, 4: ασβεστόλιθοι νηριτικοί Παντοκράτορα, 5: ασβεστόλιθοι του Ammonitico rosso, 6: σχιστόλιθοι µε Posidonomyes, 7: κερατόλιθοι, 8: ασβεστόλιθοι πελαγικοί Βίγλας, 9: ασβεστόλιθοι λατυποπαγείς, 10: φλύσχης ( από Μουντράκη, 1985 ). ΖΩΝΗ ΓΑΒΡΟΒΟΥ - ΤΡΙΠΟΛΕΩΣ Σύµφωνα µε το γεωλογικό χάρτη του ΙΓΜΕ κλιµ. 1 : , φύλλα «Γούµερον», «άφνη», «Ν. Μανωλάς», «Κανδήλα», «Πάτραι» και «Χαλανδρίτσα», οι λιθοστρωµατογραφικές ενότητες, από τις παλαιότερες προς τις νεότερες, που Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 5

9 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή συµµετέχουν στη δοµή της ζώνης Γαβρόβου - Τριπόλεως είναι οι παρακάτω (εικ. 2.3): Εικ. 2.3: Σχηµατική λιθοστρωµατογραφική στήλη της ζώνης Γαβρόβου - Τριπόλεως. 1: µαρµαρυγιακοί σχιστόλιθοι, 2: φυλλίτες, 3: χαλαζίτες; 4: ασβεστολιθικές ενστρώσεις, 5: δολοµίτες, 6: µαύροι ασβεστόλιθοι, 7: λατυποπαγείς ασβεστόλιθοι, 8: βωξιτική εµφάνιση, 9: φλύσχης ( από Μουντράκη, 1985 ). Το ηµιµεταµορφωµένο υπόβαθρο που αποτελείται από τους εξής σχηµατισµούς: 1. Ασβεστόλιθους, γύψους και σπηλαιώδεις δολοµιτικούς ασβεστόλιθους που συνήθως εµφανίζονται διαρρηγµένοι και λατυποποιηµένοι. 2. Μαύρους, τεφρούς ή πρασινωπούς σερικιτικούς σχιστόλιθους, ψαµµίτες και κροκαλοπαγή. 3. Λάβες πράσινου χρώµατος συχνά µε σχιστώδη όψη και φακούς ασβεστολίθων και σχιστολίθων. Η ιζηµατογενής σειρά ασβεστολίθων - δολοµιτών και φλύσχη που περιλαµβάνει: 1. ολοµίτες ηλικίας Ραίτιου - Κάτω Κρητιδικού, που µεταπίπτουν σε δολοµίτες µε φύκη και στη συνέχεια σε εναλλαγές λευκών και µαύρων δολοµιτών και νηριτικών ασβεστολίθων. 2. Άνω Κρητιδικοί λεπτοστρωµατώδεις δολοµίτες και παχυστρωµατώδεις ασβεστόλιθοι, µε φακούς ασβεστολίθων µε ρουδιστές. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 6

10 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή 3. Ασβεστόλιθοι νηριτικοί, ηλικίας Παλαιοκαίνου - Άνω Ηωκαίνου συχνά ωολιθικοί µε ορίζοντες δολοµιτών, οι οποίοι προς τα πάνω µεταπίπτουν σε ασβεστολίθους µε κροκαλοπαγή και ασβεστοµαργαϊκά υλικά, που αποτελούν τη ζώνη µετάβασης στο φλύσχη. 4. Φλύσχης Άνω Ηωκαινικής - Ολιγοκαινικής ηλικίας. Παρουσιάζει σηµαντική εξάπλωση στο δυτικό τµήµα του νοµού και αποτελείται από ιλυόλιθους, πηλίτες, ψαµµίτες και κροκαλοπαγή, κυρίως στους ανώτερους ορίζοντες. ΖΩΝΗ ΩΛΟΝΟΥ - ΠΙΝ ΟΥ Η ιζηµατογενής αυτή σειρά που είναι συνεχής από το Άνω Τριαδικό µέχρι το Ηώκαινο, έχει µεγάλη εξάπλωση στο νοµό Αχαΐας.Έντονη τεκτονική δράση έχει προκαλέσει τη δηµιουργία επάλληλων τεκτονικών λεπίων και την επώθηση της ζώνης αυτής πάνω στους σχηµατισµούς της ζώνης Γαβρόβου - Τριπόλεως. Οι γεωλογικοί σχηµατισµοί της ζώνης Ωλονού - Πίνδου που απαντούν στην Αχαΐα είναι οι παρακάτω (εικ. 2.4): Κλαστική σειρά Άνω Τριαδικής ηλικίας, αποτελούµενη από ψαµµιτοϊλυολίθους µε ενστρώσεις ασβεστολίθων και πυριτικούς κονδύλους. Ασβεστόλιθοι Άνω Τριαδικού - Λιασίου µε ενστρώσεις ιλυολιθικών ασβεστολίθων και ιλυολίθων. Κατά θέσεις επικρατούν ιάσπιδες πάχους 5-10 µέτρων και πυρτικοί ορίζοντες καθώς και ηφαιστειακοί τόφφοι που αφθονούν στη βάση των ασβεστολίθων και στον πυρήνα των ραδιολαριτών του Άνω Ιουρασικού σε πλήρη ανάµειξη µε τα ιζηµατογενή πετρώµατα. Ραδιολαρίτες και ιλυόλιθοι Άνω Ιουρασικού που αποτελούνται από ιάσπιδες µε ενστρώσεις ιλυολίθων, ηφαιστειακών τόφφων και παρεµβολές στην κορυφή λατυποπαγών ασβεστολίθων που εξελίσσονται σε στιφρούς ασβεστολίθους µε πυριτολίθους. Οι ιλυόλιθοι αρχίζουν µε εναλλαγή ιλυολίθων και αβεστολίθων και προοδευτικά µεταπίπτουν σε ιλυολίθους µε φακούς ασβεστολίθων. Πρώτος φλύσχης ηλικίας Κάτω Κρητιδικού αποτελούµενος κυρίως από ιλυολίθους, ψαµµίτες και µικρο-λατυποπαγείς ασβεστολίθους. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 7

11 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή Πλακώδεις ασβεστόλιθοι Άνω Κρητιδικού µε ενστρώσεις αργιλικών ιάσπιδων. Απαντούν επίσης λατυποπαγείς ασβεστόλιθοι µε θραύσµατα ρουδιστών και σπάνιες ιλυολιθικές ενστρώσεις. Στρώµατα µετάβασης, ηλικίας Μαιστριχτίου - Παλαιοκαίνου, αποτελούµενα από εναλλαγές πλακωδών ασβεστολίθων, ασβεστοµαργαϊκών υλικών, ψαµµιτών και λατυποπαγών ασβεστολίθων, µε ορίζοντες µαύρων πυριτολίθων. Ηωκαινικός φλύσχης που πρόκειται για εναλλαγές παχέων στρωµάτων ψαµµιτών και ψαµµιτικών ιλυολίθων, ενώ στη βάση της σειράς απαντούν µαργαϊκοί ασβεστόλιθοι. Μεταξύ των σειρών Γαβρόβου - Τριπόλεως και Ωλονού - Πίνδου εντοπίζεται σχηµατισµός που αποτελεί τεκτονοϊζηµατογενές σύµπλεγµα. Πρόκειται για ετερόµορφο σχηµατισµό από τεµάχη ασβεστολιθικά µε κροκάλες και ογκολίθους διαφόρων οριζόντων του καλύµµατος των ζωνών Ωλονού - Πίνδου και Γαβρόβου - Τριπόλεως, καθώς και εκρηξιγενών πετρωµάτων µε ψαµµιτοϊλυολιθικό συνδετικό υλικό. Εικ. 2.4: Σχηµατική λιθοστρωµατογραφική στήλη αντιπροσωπευτική της ζώνης Ωλονού - Πίνδου. 1: δολοµίτες, 2: πλακώδεις ασβεστόλιθοι, 3: αργιλοψαµµίτες, 4: ηφαιστειοϊζηµατογενή υλικά, 5: κερατόλιθοι, 6: ασβεστόλιθοι µε πυριτικές ενστρώσεις, 7: λατυποπαγή, 8: ανωκρητιδικοί ασβεστόλιθοι, 9: σχηµατισµός φλύσχη ( από Μουντράκη, 1985 ). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 8

12 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή ΝΕΟΓΕΝΕΙΣ ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΕΙΣ ΑΠΟΘΕΣΕΙΣ ΠΛΕΙΟ ΠΛΕΙΣΤΟΚΑΙΝΙΚΗ ΣΕΙΡΑ Οι νεογενείς τεταρτογενείς σχηµατισµοί τόσο στην πόλη της Πάτρας όπως αναφέρθηκε προηγούµενα, όσο και στην ευρύτερη περιοχή καταλαµβάνουν µεγάλη έκταση. Αποτελούνται από ποταµοχερσαίες αποθέσεις µεγάλου πάχους, που µεταβαίνουν πλευρικά σε λιµναία ιζήµατα, που µε τη σειρά τους εναλλάσσονται µε θαλάσσιες και υφάλµυρες αποθέσεις. Χαρακτηριστικό για την περιοχή είναι το πολύ έντονο ανάγλυφο. Τα πλειοπλειστοκαινικά ιζήµατα φθάνουν µέχρι τα 600 µέτρα ύψος. Αυτό είναι αποτέλεσµα των έντονων ανοδικών κινήσεων που παρατηρήθηκαν κατά την διάρκεια του Πλειστόκαινου µέχρι και σήµερα. Τα βαθύτερα µέλη των ποταµοχερσαίων αποθέσεων είναι κροκαλοπαγή, που έχουν µεγάλη εξάπλωση. Ανάλογα µε την απόσταση από το προνεογενές υπόβαθρο, το οποίο είναι και η κύρια πηγή τροφοδοσίας τους, τα κροκαλοπαγή αυτά έχουν διαφορετική λιθολογική σύσταση. Κύρια αποτελούνται από ασβεστολιθικές κροκάλες (σε ποσοστό 60 % περίπου), ψαµµιτικές και σε πολύ µικρό ποσοστό κερατολιθικές. Στα βαθύτερα µέλη των κροκαλοπαγών οι κροκάλες είναι µεγαλύτερες και λιγότερο αποστρογγυλωµένες. Μέσα σε αυτά παρεµβάλλονται φακοί ή ενστρώσεις από άµµους, πηλούς ή αργίλους που το πάχος τους φθάνει κατά θέσεις και τα 20 µέτρα. Στην περιοχή των χωριών Άνω Καστρίτσι και Μπάλα τα κροκαλοπαγή έχουν χαρακτηριστικό καστανό χρώµα και περιέχουν διαστρώσεις από καστανοκίτρινες αµµούχες αργίλους πάχους µέχρι 1 µέτρο. Στην περιοχή του Κάτω Καστριτσίου, τα κροκαλοπαγή φέρουν επίσης συχνές ενστρώσεις από άµµους και είναι λιγότερο συνεκτικά. Το µέγεθος των κροκαλών εδώ είναι µικρότερο (2-10 εκ.), ενώ το ποσοστό των ανθρακικών και ψαµµιτικών κροκαλών είναι περίπου το ίδιο. Τα κροκαλοπαγή αυτά µεταβαίνουν πλευρικά και προς τα πάνω σε λιµναίες αποθέσεις που αποτελούνται από µαργοαµµούχα υλικά υπόλευκου χρώµατος και φέρουν µικρές ενστρώσεις γκριζόχρωµων αργίλων µε Melanopsiis. Οι λιµναίες αποθέσεις στη συνέχεια εξελίσσονται σε θαλάσσιες, που αποτελούνται από καστανές άµµους και γκρι αµµούχους αργίλους µε πλήθος θαλάσσιων απολιθωµάτων όπως Turitella, Ostrea, Pecten, Chlamys, κ.α. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 9

13 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή Πάνω από τις θαλάσσιες αποθέσεις βρίσκονται πάλι κροκαλοπαγή, που είναι καστανόχρωµα και έχουν µικρό σχετικό πάχος (µέχρι 70 µέτρα). Το υλικό των κροκαλών είναι κύρια ανθρακικό και σε λιγότερο ποσοστό ψαµµιτικό ή κερατολιθικό. Οι κροκάλες δεν είναι καλά αποστρογγυλωµένες και το µέγεθός τους φθάνει τα 30 εκατοστά. Στην κορυφή της σειράς απαντούν ταχύτατες εναλλαγές λιµναίων, θαλάσσιων - υφάλµυρων αποθέσεων. Τα υλικά των αποθέσεων αυτών είναι υπόλευκες αµµούχες µάργες σε εναλλαγές µε αργιλούχες - πηλούχες µάργες και καστανές άµµους, που καλύπτουν µεγάλη έκταση µέχρι τα χωριά Κάτω και Άνω Συχαινά. Ακόµα δυτικότερα έχουµε λιµναίες αποθέσεις που περιέχουν στρώµατα λιγνίτη µικρού πάχους. Το συνολικό πάχος των σχηµατισµών αυτών υπολογίζεται σε µέτρα περίπου. Σε γεώτρηση πετρελαίου που έγινε στον Πατραϊκό κόλπο βρέθηκε όµως ότι το πάχος τους είναι µεγαλύτερο από µέτρα (Zelilidis et al., 1988). Οι σχηµατισµοί που αναφέρονται παραπάνω, λόγω της εξάπλωσης, του µεγάλου πάχους τους αλλά και της ποικιλίας στη λιθοφασική τους σύσταση παρουσιάζουν µεγάλο ενδιαφέρον και γι αυτό έχουν γίνει το αντικείµενο µελέτης πολλών ερευνητών, οι οποίοι αναφέρονται λεπτοµερέστερα στη διατριβή του. Ρόζου (1991). ΠΡΟΣΦΑΤΕΣ ΑΠΟΘΕΣΕΙΣ Το πρόσφατο τεταρτογενές αντιπροσωπεύεται κύρια από ποταµοχειµάρριες αποθέσεις και από πλευρικά κορήµατα. Εκτεταµένοι κώνοι κορηµάτων αναπτύσσονται στις εξόδους των χειµάρρων. Τα υλικά των κώνων προέρχονται από τη διάβρωση των αλπικών και µεταλπικών σχηµατισµών, που µε τη δράση των διαβρωσιγενών παραγόντων, αποτίθενται στα χαµηλότερα σηµεία. Η µεγαλύτερη ανάπτυξη τους εµφανίζεται από το Προάστειο µέχρι το Πλατάνι. Το µέγεθος των κροκαλών εξαρτάται από τη θέση απόθεσης. Έτσι, στους µεγάλους χείµαρρους βλέπουµε να έχουν αποτεθεί σε υψηλότερα µορφολογικά µέρη µεγάλα ασβεστολιθικά τεµάχη, ενώ στην έξοδο των χειµάρρων το µέγεθος των κροκαλών ποικίλει από 5 µέχρι 10 εκατ. Σε ελάχιστες περιπτώσεις φθάνει τα 20 εκατ. Η σύσταση των κροκαλών είναι κύρια ασβεστολιθική και δευτερευόντως ψαµµιτική ή κερατολιθική. Στις πλαγιές των λόφων αναπτύσσονται πλευρικά κορήµατα Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 10

14 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή αποτελούµενα από γωνιώδη κυρίως υλικά, µε χαµηλό βαθµό συγκόλλησης και µικρού πάχους. Τέλος, το Ολόκαινο αντιπροσωπεύεται από: Σύγχρονες προσχώσεις, αποτελούµενες από αποθέσεις κοιλάδων και ποταµοχειµαρρώδεις αποθέσεις. Περιλαµβάνουν αργιλοαµµώδη κυρίως υλικά, ερυθρογή, χάλικες και κροκάλες ασύνδετες ή µε ασθενή συγκόλληση. Έχουν πάχος αρκετά µέτρα. Πλευρικά κορήµατα, κυρίως ασβεστολιθικά που αναπτύσσονται στους πρόποδες πρανών µε ισχυρή κλίση. Ελουβιακό µανδύα από πηλούς ή αργιλοαµµώδη υλικά µε πάχος λίγα µέτρα. Λιµνοθαλάσσιες, περιλίµνιαιες και αποθέσεις τελµάτων, αποτελούµενες από ιλύ και αργιλοαµµώδη υλικά µε πάχος αρκετά µέτρα. Παράκτιους σχηµατισµούς από άµµους οι οποίοι στο Β /κό όριο του νοµού σχηµατίζουν θίνες ύψους πολλές φορές µέχρι 10 µέτρα και εύρους από 50 µέχρι µέτρα. 2.3.ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ Η κύρια άποψη µεγάλου µέρους της επιστηµονικής κοινότητας, δέχεται ότι στην δυτική Ελλάδα και κυρίως στην βόρεια Πελοπόννησο κατά το Ανώτερο Ηώκαινο Μέσο Μειόκαινο, επικράτησε η Αλπική ορογένεση µε συµπιεστικές τάσεις σε ολόκληρη την περιοχή. Ωστόσο από το Ανώτερο Πλειόκαινο έως και σήµερα η περιοχή βρίσκεται σε µια συνεχή γεωδυναµική και νεοτεκτονική εξέλιξη, µε γενική διαστολή και λόγω της µετανάστευσης του Αιγιακού τόξου προς τα δυτικά ( ούτσος 1999)(Εικ.2.5). Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 11

15 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή Εικ 2.5: Γεωδυναµική απεικόνιση του Ελληνικού χώρου Οι τάσεις που επικρατούσαν στον ευρύτερο χώρο ήταν :α)συµπιεστικές στην ζώνη βύθισης της µεσογειακής λιθόσφαιρας, κατά µήκος του δυτικού τµήµατος της Ελληνικής τάφρου και β)εφελκυστικές πίσω από το ορογενετικό µέτωπο, οι οποίες λαµβάνουν µέρος στο σχηµατισµό των νεοτεκτονικών λεκανών. Οι γενικές ανοδικές ηπειρωτικές κινήσεις, ανύψωσαν τους τριτογενείς σχηµατισµούς, προκαλώντας διάρρηξη αυτών και ταυτόχρονη στροφή των στρωµάτων προς το νότο στην βόρεια πλευρά του Κορινθιακού κόλπου. Ο ούτσος (1999), θεωρεί επίσης, ότι κατά την διάρκεια του Μεσοζωικού αιώνα, το αλπικό υπόβαθρο αποτελούσε ένα παθητικό περιθώριο δυτικά της θάλασσας Νεοτηθύος. Η ενεργή τεκτονική δραστηριότητα του Ιουρασικού, σχηµάτισε βαθιές λεκάνες στις οποίες αποτέθηκαν οι ραδιολαρίτες. Παράλληλα έχουµε την δηµιουργία και υποθαλάσσιων υβωµάτων. Η µελέτη των σχηµατισµών του φλύσχη, έδειξε ότι µε κάθε πτύχωση της ανατολικής λεκάνης, τροφοδοτείται µε ίζηµα η λεκάνη που βρίσκεται δυτικά. Έτσι διαµορφώνονται διαδοχικές επωθήσεις που προκαλούν παραµόρφωση σχετική µε την Νεοελληνική καταβύθιση. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 12

16 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή 2.4. ΣΕΙΣΜΙΚΟΤΗΤΑ Στην ευρύτερη περιοχή της Βορειοδυτικής Πελοποννήσου η δυναµική φόρτιση που επιφέρουν οι συχνοί, ως επι το πλείστον αβαθείς και συνήθως µεγάλου µεγέθους σεισµοί στους διάφορους γεωλογικούς σχηµατισµούς που τη δοµούν συχνά προκαλεί εκτός από τα άµεσα αποτελέσµατα στις κατασκευές και την εκδήλωση δευτερογενών φαινοµένων (κατολισθήσεις, καταπτώσεις, ρευστοποιήσεις) που παρουσιάζουν ενδιαφέρον από γεωτεχνικής πλευράς, καθώς πλήττουν οικισµούς και τεχνικά έργα (Ρόζος, 1989). Στη περιοχή του δυτικού Κορινθιακού κόλπου, σύµφωνα µε τον Τσελέντη (1997), υπάρχουν δύο περιοχές µε ιδιαίτερα υψηλή σεισµικότητα. Η πρώτη βρίσκεται ανατολικά από τη λίµνη Τριχωνίδα µε διεύθυνση Β-Ν και στην οποία οι σεισµοί οφείλονται σε µηχανισµούς ανάστροφης αλλά και οριζόντιας κίνησης. Η δεύτερη περιοχή βρίσκεται στο στενό Ρίου - Αντιρρίου που αποτελεί ρηξιγενή ζώνη µε διεύθυνση ΒΑ/κή. Οι περισσότεροι εστιακοί µηχανισµοί δείχνουν κανονικά ρήγµατα µε διεύθυνση Β-Ν. Πρέπει να τονιστεί ότι η τάφρος αυτή δρα σαν ζώνη µετασχηµατισµού ανάµεσα στον Κορινθιακό και τον Πατραϊκό κόλπο. Ο Σώκος et.al. (1998) µελετώντας σειρά σεισµών της περιόδου γύρω από το στενό του Ρίου, διέκρινε διάφορα κέντρα συγκεκριµένης σεισµικότητας στις περιοχές Κορινθιακού, Πατραϊκού και Ρίου-Αντιρρίου. Σε ακτίνα 60 Km από το στενό του Ρίου διαπιστώνουν µεγάλη πυκνότητα σεισµών κυρίως στις ακτές του δυτικού Κορινθιακού µέχρι την περιοχή Ακράτας - Γαλαξιδίου. Στον Πατραϊκό καταγράφουν σεισµικό κενό. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 13

17 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή Εικ.2.6 : Χάρτης επικέντρων σεισµών σε απόσταση 1 µοίρας από την πόλη της Πάτρας (χρονική περίοδος 1900 µέχρι 1996), µε βάση τα στοιχεία του Γεωδυναµικού Ινστιτούτο (από Ε. Σώκο, 1998).. Οι Doutsos, Poulimenos (1992), υπολόγισαν ύστερα από ανάλυση 170 µεσοσκοπικών ρηγµάτων στο δυτικό τµήµα της ζώνης διάρρηξης του Κορινθιακού Πατραϊκού ότι το µέγεθος των σεισµών που συµβαίνουν κατά µήκος αυτών είναι 5 και 6,7 R. Παράλληλα ο χρόνος επανεργοποίησης των ρηγµάτων διαφέρει από 80 έως 1690 χρόνια. Γενικά διαπιστώνεται ότι η περιοχή ανήκει στις πλέον βεβαρηµένες από πλευράς σεισµικότητας περιοχές στην Ελλάδα. Το Υπουργείο ηµοσίων Έργων για τη θωράκιση των µεγάλων αστικών και µη περιοχών, ίδρυσε τον Οργανισµό Αντισεισµικού Σχεδιασµού και Προστασίας για να παρουσιάζει συγκεντρωµένα και οµογενοποιηµένα : την κατάταξη των ρηγµάτων µιας περιοχής σε ανενεργά, πιθανώς ενεργά και σεισµικά. την κινηµατική, τα γεωµετρικά και δυναµικά χαρακτηριστικά των ενεργών και σεισµικών ρηγµάτων. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 14

18 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή τις περιοχές αναµενόµενων ή ενεργών κατολισθήσεων, καταπτώσεων και ερπυσµού. τις παράκτιες ζώνες όπου παρατηρούνται ανοδικές ή καθοδικές κινήσεις. Εικ.2.6: Χάρτης σεισµικής επικινδυνότητας Σύµφωνα µε τον ισχύοντα σήµερα χάρτη (εικ. 2.6) ο Ελληνικός χώρος κατανέµεται σε τρεις ζώνες σεισµικής επικινδυνότητας ( Ι, ΙΙ, ΙΙΙ ) µε αντίστοιχες τιµές ενεργής εδαφικής επιτάχυνσης σχεδιασµού 0,16 g για τη πρώτη ζώνη, 0,24 g για τη δεύτερη ζώνη και 0.36 g για τη τρίτη ζώνη ( όπου g η επιτάχυνση της βαρύτητας). Με βάση λοιπόν τον υπάρχοντα χάρτη σεισµικής επικινδυνότητας του Ελληνικού Αντισεισµικού Κανονισµού το εξεταζόµενο Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 15

19 Κεφάλαιο 2 Γεωλογική δοµή τµήµα της δυτικής Ελλάδας κατατάσσεται στη 2 η κατηγορία, δηλαδή στις ισχυρά σεισµόπληκτες περιοχές και χρήζει ιδιαίτερης προσοχής. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 16

20 Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΣΚΛΗΡΑ Ε ΑΦΗ-ΜΑΛΑΚΟΙ ΒΡΑΧΟΙ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ «ΣΚΛΗΡΩΝ Ε ΑΦΩΝ- ΜΑΛΑΚΩΝ ΒΡΑΧΩΝ» ΣΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ Στη γεωτεχνική µηχανική σε πολλές περιπτώσεις εξελισσόµενοι σχηµατισµοί, όπως είναι οι µάργες, οι ιλυόλιθοι, ιζηµατογενή πετρώµατα µε υψηλά ποσοστά αργίλου, σχηµατισµοί που περιέχουν ανυδρίτη, καθώς και άλλα αποσαρθρωµένα πετρώµατα µε υψηλά ποσοστά ευδιάλυτων συστατικών και σµεκτίτη, αντιµετωπίζονται προκαταβολικά ως εν δυνάµει προβληµατικά, µε αποτέλεσµα τη λήψη προληπτικών µέτρων κατά το σχεδιασµό των έργων. Οι Božinović et al (1993) αναφέρουν ότι εξαιτίας της πολυπλοκότητας της δοµής των ρωγµατωµένων στιφρών αργίλων και µαργών παρουσιάζονται συχνά κατολισθήσεις, σε όλες σχεδόν τις λιθοστρωµατογραφικές ενότητες, ανεξάρτητα από τη θέση αυτών ή τη κλίση των πρανών. Ιδιαίτερη επικινδυνότητα επιδεικνύουν οι ανώτερες άργιλοι του Μειοκαίνου, κυρίως όταν βρίσκονται σε εναλλαγές µε αµµώδεις ορίζοντες και ιδιαίτερα τα ανώτερα αποσαθρωµένα τµήµατα αυτών, τα οποία έχουν αισθητά µειωµένες µηχανικές ιδιότητες. Αυτό οφείλεται στη διακοπή της διαγένεσης για τα ιζήµατα αυτά µέσω της διάβρωσης, µε αποτέλεσµα την αποσυµπίεσή τους (µε ταυτόχρονη δράση ρηγµάτων και ρωγµατώσεων), που επέδρασε στα φυσικά και µηχανικά χαρακτηριστικά τους. Οι κατολισθήσεις προκαλούνται κατά βάση στην επιφάνεια του αποσαθρωµένου υλικού. Η ζώνη αποσάθρωσης παρουσιάζει µια συγκεκριµένη στρωµάτωση στην επιφάνεια του αναγλύφου εξαιτίας των θερµοκρασιακών µεταβολών που επιδρούν σε διαφορετικά διαστήµατα, Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 17

21 Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι ευνοώντας έτσι τη συσσώρευση νερού και δηµιουργώντας συχνά τις συνθήκες για την εκδήλωση κατολίσθησης. Ο Vaughan (1993) θεωρεί ότι σχεδόν όλοι οι ασθενείς γεωλογικοί σχηµατισµοί δεν αποτελούν µία καθαρά ξεχωριστή κατηγορία, καθώς ενώ έχουν κάποια χαρακτηριστικά του πετρώµατος, δεν µπορούν να ταξινοµηθούν µε επιτυχία ως συγκεκριµένα υλικά. Παρατηρεί βέβαια ότι η πλειοψηφία των σχηµατισµών που περιγράφονται ως «εδάφη» έχουν µία δοµή που περικλύει κάποιο βαθµό διαγένεσης. Το χαρακτηριστικό αυτό ελέγχει τη συµπεριφορά αυτών των σχηµατισµών, καθώς µπορεί να οδηγήσει σε υλικά µε µεγαλύτερο πορώδες, από ότι θα ήταν υπό άλλες συνθήκες δυνατό (Leroueil and Vaughan, 1990). Έτσι, εάν τα µοντέλα που έχουν αναπτυχθεί για συγκεκριµένες κατηγορίες υλικών στην Εδαφοµηχανική τροποποιηθούν για να συµπεριλάβουν και τη πετρογένεση, τότε είναι δυνατή η κατάρτιση ενός λογικά απλού πλαισίου, µέσα στο οποίο οι ιδιότητες µεγάλου εύρους φυσικών υλικών µπορεί να περιγραφούν και από τις οποίες µπορεί να γίνουν ικανοποιητικές προγνώσεις. Σύµφωνα και µε τα όσα αναφέρθηκαν ανωτέρω είναι σαφές ότι οι γεωτεχνικές έρευνες θα πρέπει να εκτελούνται µε στόχο την καλύτερη κατανόηση των γεωτεχνικών χαρακτηριστικών των σχηµατισµών αυτών, σε σχέση µε τις τεχνικές κατασκευές, η έκταση δε αυτών εξαρτάται από τον τύπο της κατασκευής, τη σηµασία αυτής και τη κλίµακα του έργου. Η πληροφόρηση που αποκτάται από τη γεωτεχνική έρευνα χρησιµοποιείται για τη δηµιουργία του σχετικού γεωτεχνικού µοντέλου, πάνω στο οποίο στηρίζεται ο σχεδιασµός και η κατασκευή (Akai, 1993). Στη γεωτεχνική πρακτική τα υλικά της µεταβατικής ζώνης συχνά διερευνώνται µε τα γνωστά κριτήρια και συσκευές για εδάφη και βράχους. Χαρακτηριστικά παραδείγµατα έργων µεγάλης κλίµακας που πραγµατοποιούνται διεθνώς τις τελευταίες δεκαετίες και σε σχηµατισµούς της µεταβατικής ζώνης είναι οι σήραγγες. Οι εργαστηριακές και επιτόπου δοκιµές που εκτελούνται κατά το σχεδιασµό και µελέτη των υπόγειων αυτών έργων (όπως και όλων των έργων γενικότερα) θα πρέπει να έχουν ως στόχο τον όσο το δυνατόν ακριβέστερο και ρεαλιστικότερο προσδιορισµό των φυσικών και µηχανικών χαρακτηριστικών των σχηµατισµών αυτών. Ένας από τους κύριους παράγοντες που επηρεάζουν την κατανοµή των τάσεων στη βραχοµάζα κοντά στο µέτωπο µιας σήραγγας και ιδιαίτερα στη Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 18

22 Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι περιοχή της οροφής αυτής είναι η µεταβολή της φυσικής κατάστασης (Ďurove et al, 1993). Έτσι, η παραµόρφωση της διατοµής λόγω της εκσκαφής εξαρτάται περισσότερο από την αντοχή και τη φυσική κατάσταση της βραχοµάζας, παρά από το βάθος της ίδιας της σήραγγας. Οι υδρογεωλογικές συνθήκες της περιοχής διάνοιξης επηρεάζουν τις αναπτυσσόµενες τάσεις και συνεπώς τις ελαστικές και ελαστοπλαστικές παραµορφώσεις της βραχοµάζας. Ο Attewell (1993) αναφέρει ότι οι «ασθενείς» βράχοι µε αντοχή σε ανεµπόδιστη θλίψη 1.25 έως 5 MPa χρειάζονται σχεδόν πάντα ασπίδα ή άλλη προσωρινή υποστήριξη κατά τη διάνοιξη της σήραγγας, ιδιαίτερα όταν εκτίθενται σε ατµοσφαιρικές επιδράσεις και στο υπόγειο νερό. Ο Hoek (1999) αναφέρει ότι κατά τη διάνοιξη σηράγγων µία βραχοµάζα θα πρέπει να θεωρείται «ασθενής», όταν η επιτόπου αντοχή της σε ανεµπόδιστη θλίψη είναι µικρότερη του ενός τρίτου της τάσης που ασκείται σε αυτή, καθώς ο παράγοντας που φαίνεται να παίζει σηµαντικό ρόλο στην ευστάθεια των υπόγειων εκσκαφών είναι ο λόγος της αντοχής σε ανεµπόδιστη θλίψη προς τη µέγιστη επιτόπου επιβαλλόµενη τάση. Στη περίπτωση που η επιτόπου επιβαλλόµενη τάση υπερβεί µία οριακή τιµή τότε παρατηρείται η δηµιουργία µιας ζώνης πλαστικής αστοχίας στη βραχοµάζα. Η διάµετρος της ζώνης αυτής και η παραµόρφωση της διατοµής εξαρτώνται από τον ανωτέρω λόγο. Έτσι, ο σχεδιασµός της υποστήριξης µιας σήραγγας θα πρέπει να έχει ως στόχο τη µείωση αυτής της οριακής τιµής. Η πίεση που επιβάλλει η υποστήριξη στη βραχοµάζα εξαρτάται από την ακαµψία της ίδιας της υποστήριξης, τη φέρουσα ικανότητά της και την απόσταση εφαρµογής της από το µέτωπο. Σύµφωνα µε τον Hoek (1999) η υποστήριξη ενεργεί περίπου σαν ένα σύστηµα ελατηρίων και η πίεση που ασκεί αυξάνεται µε την αύξηση της παραµόρφωσης, µέχρι την υπέρβαση της φέρουσας ικανότητας του συστήµατος. Στο µέτωπο της εκσκαφής έχει ήδη συντελεστεί περίπου το ένα τρίτο των συνολικών παραµορφώσεων. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να δίνεται στη περίπτωση όπου ο «µαλακός» βράχος παρουσιάζει ρηγµατώσεις και ζώνες διάρρηξης. Για την εξασφάλιση της ευστάθειας της εκσκαφής σε τέτοιες περιπτώσεις χρειάζεται η εφαρµογή ενός συνδυασµού µέτρων υποστήριξης, όπως εκτοξευόµενου σκυροδέµατος, πλαισίων, αγκυρίων και δοκών προπορείας. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 19

23 Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι Η Επιτροπή Εργασίας ISSMFE ERTC9 (1997) προτείνει ότι για την εκσκαφή σηράγγων σε «µαλακούς βράχους» θα πρέπει να προηγείται µία πλήρης και ενδελεχής γεωτεχνική έρευνα. Η έρευνα αυτή θα πρέπει να στοχεύει στη γεωλογική κατάταξη των σχηµατισµών αυτών, στον προσδιορισµό της ορυκτολογικής και πετρογραφικής σύστασης, των τυχόν συστηµάτων ασυνεχειών, του βαθµού αποσάθρωσης, των ρηγµάτων, της σκληρότητας, της θλιπτικής αντοχής, της διαβρωσιµότητας και της φθοράς, της αντίστασης στις ατµοσφαιρικές και θερµοκρασιακές µεταβολές και της αποδυνάµωσης κατά την προσρόφηση νερού. Επιπρόσθετα, για το σχεδιασµό της άµεσης υποστήριξης των σχηµατισµών αυτών θα πρέπει να προσδιορίζεται η πυκνότητα, η παραµορφωσιµότητα, η αντοχή, λαµβάνοντας υπόψη και τις ασυνέχειες, καθώς και η διογκωσοµότητα. 3.2 ΟΙ «ΜΑΡΓΑÏΚΟΙ» ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΕΜΠΕΙΡΙΕΣ ΑΠΟ ΤΟΝ ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΧΩΡΟ. Όσον αφορά στους µαργαϊκούς σχηµατισµούς ειδικότερα, οι µηχανικές τους ιδιότητες επηρεάζονται σηµαντικά από την ορυκτολογική τους σύσταση και το βαθµό συγκόλλησης, αλλά και από το βαθµό αποσάθρωσης και διάρρηξης που υφίστανται. Οι δεσµοί συγκόλλησης που αναπτύσσουν προέρχονται από την απόθεση ανθρακικών ορυκτών, γεγονός που τους προσδίδει υψηλή διατµητική αντοχή, η οποία συνήθως δεν αντιστοιχεί στον επιτόπου λόγο κενών. Χαρακτηριστικό των υλικών αυτών είναι η απότοµη µείωση της δυσκαµψίας τους µετά το όριο διαρροής (λόγω διάσπασης των δεσµών) και η κατάρρευσή τους σε κατάσταση διαρροής, λόγω σηµαντικής µείωσης της διατµητικής αντοχής τους. Βέβαια, η εκτίµηση της συµπεριφοράς τους θα πρέπει να βασίζεται τόσο στη φυσική τους αδυναµία, όσο και σε δευτερεύοντα φαινόµενα, που σχετίζονται µε τις εξωτερικές επιδράσεις (θερµοκρασιακές µεταβολές, µεταβολές περιεχόµενης υγρασίας και καθεστώτος τάσεων κτλ.). Σύµφωνα µε τον Καβουνίδη (1985) οι µάργες ανήκουν στη κατηγορία των αργιλικών ηµιβράχων και είναι συνήθως ρωγµατωµένες (µε µικρορωγµατώσεις ή στιλπνές επιφάνειες), µε χαµηλή παραµένουσα αντοχή σε σχέση µε τη µέγιστη, µεγάλη ψαθυρότητα και άρα επικινδυνότητα για προοδευτική αστοχία. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 20

24 Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι Ένα από τα βασικότερα προβλήµατα που προκύπτει στη προσπάθεια ταξινόµησης των µαργαϊκών σχηµατισµών είναι η δυσκολία ένταξης της συµπεριφοράς τους σε γενικευµένους κανόνες, καθώς αυτή εξαρτάται σε µεγάλο βαθµό από τη γεωλογική ιστορία τους και τη παρούσα κατάστασή τους. Για το λόγο αυτό, τα δεδοµένα που προκύπτουν από τις εργαστηριακές και επιτόπου δοκιµές συνήθως παρουσιάζουν µεγάλη διασπορά, δυσκολεύοντας την ορθή και ρεαλιστική εκτίµηση των παραµέτρων σχεδιασµού τους (Dounias et al, 1993). Σε πολλές περιπτώσεις «µαλακών βράχων» παρατηρείται επίσης το φαινόµενο της µεταβολής του όγκου τους, λόγω της ορυκτολογικής σύστασης και δοµής τους (Bell et al, 1993). Τέτοια φαινόµενα παρατηρούνται συνήθως σε αργιλικούς σχηµατισµούς (κυρίως σε διογκούµενες αργίλους και ειδικότερα αυτές της οικογένειας των σµεκτιτών), µε τις διαδικασίες της ενυδάτωσης και της ξήρανσης και δηµιουργούν πολλές φορές µεγάλες ζηµίες σε κατασκευές. Όσον αφορά στον Ελληνικό χώρο, στη κατηγορία των «σκληρών εδαφών- µαλακών βράχων» εντάσσονται τα ιζήµατα των νεογενών λεκανών (µεταλπικοί σχηµατισµοί), µε συχνές εναλλαγές των επιµέρους φάσεών τους, όπως είναι οι µάργες, οι ψαµµίτες και τα κροκαλοπαγή. Τα ιζήµατα αυτά συναντώνται σε όλο τον Ελληνικό χώρο, παρόλα αυτά όµως η συµπεριφορά τους γενικότερα και ειδικότερα στα µεγάλα τεχνικά έργα σε σχέση µε τα φυσικά και µηχανικά χαρακτηριστικά τους και την ορυκτολογική σύσταση και δοµή τους δεν έχει πλήρως αποτυπωθεί και κατανοηθεί. Κύριο χαρακτηριστικό όλων των µαργαϊκων σχηµατισµών είναι η σηµαντική παρουσία των ανθρακικών ορυκτών, χωρίς ωστόσο να υπάρχει διεθνώς καθορισµένο εύρος διακύµανσης του περιεχόµενου ποσοστού αυτών. Έτσι, ενώ ο Pettijohn (Bell, 1983 από Dounias et al 1993) αναφέρει ότι το ανθρακικό ασβέστιο στις µάργες θα πρέπει να κυµαίνεται από 35 έως 65%, υπάρχουν και µαργαϊκά υλικά µε πολύ χαµηλότερα ποσοστά (όπως η µάργα Keuper, µε ποσοστό ανθρακικών 20%). Οι Sambatakakis et al (1993) αναφέρουν πως οι ιζηµατογενείς µάργες της Αθήνας παρουσιάζουν στις περισσότερες περιπτώσεις καλή συµπεριφορά λόγω του αυξηµένου ποσοστού σε ανθρακικό ασβέστιο. Ανάµεσα στα πρώτα νεογενή ιζήµατα του Ελληνικού χώρου που µελετήθηκαν ήταν η µάργα του Πειραιά, για την οποία η Επιστηµονική Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 21

25 Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι Επιτροπή Εδαφοµηχανικής και Θεµελιώσεων του ΤΕΕ πραγµατοποίησε Ηµερίδα, τα πρακτικά της οποίας περιέχονται στο τόµο «Γεωτεχνικά προβλήµατα της µάργας του Πειραιά», ΤΕΕ, Χαρακτηριστικό των µαργών αυτών είναι η παρουσία διάφορων µεταβατικών λιθολογικών τύπων, οι οποίοι προκύπτουν κυρίως από τη µεταβολή του ποσοστού της άµµου και των ανθρακικών κλασµάτων (ασβεστίτη δολοµίτη). Παράλληλα βέβαια εκδηλώνονται και δευτερογενείς µεταβολές, που οφείλονται στη δράση παραγόντων εξαλλοίωσης και αποσάθρωσης (Ανδρονόπουλος,1985). Οι µηχανικές τους ιδιότητες και συµπεριφορά επηρεάζονται από τη δευτερογενή αυξηµένη διαγένεση λόγω υπερκειµένων (τεταρτογενείς αποθέσεις), τη δράση του υπόγειου νερού, τη στρωσιγένεια, το αραιό δίκτυο διαρρήξεων και τη παρουσία ενστρώσεων αργιλοϊλύος ή χαλαρής άµµου. Πιο συγκεκριµένα, η µάργα του Πειραιά εκπροσωπεί ως συνολικός όρος µία ακολουθία εναλλασσόµενων στρώσεων ασβεστιτικής µάργας, µαργαϊκού ασβεστολίθου, ασβεστιτικού ή/και µαργαϊκου ψαµµίτη, κροκαλοπαγούς µε ενστρώσεις ιλυολίθου, αργιλοϊλύος, κιµωλίας, αργίλου κλπ.(κωστόπουλος, 1985). Οι µαργαϊκοί ψαµµίτες και οι µάργες χαρακτηρίζονται από διαφορές που προέκυψαν κατά την ιζηµατογένεση και οφείλονται στην επικράτηση, κατά χρονικά διαστήµατα, των περισσότερο ή λιγότερο λεπτοµερών υλικών. Αντιθέτως, οι µάργες και οι µαργαϊκοί ασβεστόλιθοι χαρακτηρίζονται από διαφορές που προέκυψαν κατά την αποσάθρωση και οφείλονται στο εναποµένον κατά τη διάλυση ανθρακικό ασβέστιο. Το ποσοστό του ανθρακικού ασβεστίου παρατηρήθηκε ότι αυξάνεται µε το βάθος, κυρίως στα ανώτερα 15 m από την επιφάνεια, ενώ ο βαθµός συγκόλλησης καθώς και ο βαθµός διάλυσης λόγω αποσάθρωσης ελέγχουν τη συµπεριφορά των σχηµατισµών αυτών. Στους υψοµετρικά ανώτερους ορίζοντες, όπου και η ουσιαστική ζώνη αποσάθρωσης, το υλικό παρουσιάζεται γεωτεχνικά ως ενδιάµεσο µεταξύ «εδάφους» και «βράχου», µε µεταβαλλόµενο και τοπικά εξαρτώµενο βαθµό συγκόλλησης και υπερστερεοποίησης. Σύµφωνα µε τα ανωτέρω, η µάργα του Πειραιά θα µπορούσε να αντιµετωπίζεται γεωτεχνικά ως µαλακός βράχος, ως υλικό δηλαδή του οποίου η συµπεριφορά δεν ελέγχεται ουσιαστικά από τη δρώσα τάση και µε αυξανόµενη Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 22

26 Κεφάλαιο 3 Σκληρά εδάφη Μαλακοί βράχοι τη σηµασία των ασυνεχειών, για µία «τιµή σύµβασης» της αντοχής σε ανεµπόδιστη θλίψη της τάξης των 4 MPa. Όσον αφορά στους µαργαϊκούς σχηµατισµούς του Νοµού Αχαΐας, έχουν έντονη συνδετική ύλη από άργιλο και ασβεστίτη, η οποία περιβάλλει τους συνήθως µικρού µεγέθους κόκκους των σύνδροµων ορυκτών ( Koukis and Rozos και Rozos and Koukis, 1993). Ο τύπος της αργίλου και των ορυκτών, καθώς και η διάταξη στο σκελετό των υλικών φαίνεται να επηρεάζουν τα φυσικά χαρακτηριστικά αυτών, µε αποτέλεσµα να χαρακτηρίζονται τόσο σαν πολύ στιφρά έως σκληρά εδάφη, όσο και σαν ασθενείς έως µέτρια σκληροί βράχοι. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 23

27 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΘΕΣΕΩΝ ΕΙΓΜΑΤΟΛΗΨΙΑΣ Στο παρόν Κεφάλαιο περιγράφονται οι σχηµατισµοί από τους οποίους ελήφθησαν δείγµατα για τις µετέπειτα εργαστηριακές και ερευνητικές δοκιµές. Τα δείγµατα αυτά εντάσσονται σε µια κατηγορία που περιλαµβάνει δείγµατα που πάρθηκαν από την ευρύτερη περιοχή µεταξύ Ακράτας-Αιγείρας. Ενδεικτικά παρουσιάζονται παρακάτω φωτογραφίες και στρωµατογραφικές περιγραφές µερικών από αυτά. Η περιγραφή των σχηµατισµών έγινε στο πεδίο και εκτός των άλλων περιλαµβάνει τις ακριβείς συντεταγµένες x, y των θέσεων δειγµατοληψίας, σύµφωνα µε το σύστηµα συντεταγµένων Ε.Γ.Σ.Α. 87. είγµα 1: Το δείγµα νούµερο 1 πάρθηκε από τη σήραγγα διαφυγής στο υπό κατασκευή φράγµα του Πείρου ποταµού. Πρόκειται για ένα κυανό µαργόλιθο υψηλής συνεκτικότητας. Λόγω της κατασκευής του έργου δεν ήταν δυνατή η επί τόπου περιγραφή και η λήψη φωτογραφιών. είγµα 2: Η θέση δειγµατοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγµένες χ: και y: Πρόκειται για ένα κιτρινοφαιό έως ερυθροκάστανο µαργόλιθο. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 24

28 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία καλά συγκολληµένα κροκαλοπαγή matrix supported (10-20 cm) κιτρινοφαιός-ερυθροκάστανος µαργόλιθος 6m κροκαλοπαγή Σχ.4.1: Περιγραφική σχεδίαση της στρωµατογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγµατοληψίας. 0 Φωτ 4.1: Το ακριβές σηµείο δειγµατοληψίας. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 25

29 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία είγµα 3: Η θέση δειγµατοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγµένες χ: και y: Πρόκειται για καστανό έως καστανέρυθρο µαργόλιθο µε κροκάλες. καλά συγκολληµένα κροκαλοπαγή clast supported (2-15 cm) καστανός - καστανέρυθρος µαργόλιθος καλά συγκολληµένα κροκαλοπαγή clast supported (10-20 cm) 6m καστανός - καστανέρυθρος µαργόλιθος µε κροκάλες (7-15 cm) Σχ.4.2: Περιγραφική σχεδίαση της στρωµατογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγµατοληψίας. 0 Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 26

30 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία Φωτ 4.2: Το πρανές δειγµατοληψίας Φωτ 4.3: Το ακριβές σηµείο δειγµατοληψίας. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 27

31 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία είγµα 4: Η θέση δειγµατοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγµένες χ: και y: Πρόκειται για καστανές αργιλοµάργες αµµοϊλύες µε µικρές ενδιαστρώσεις κυανών αργιλοµαργών. εδαφικός ορίζοντας καστανές αργιλοµάργες - αµµοϊλύες µε µικρές ενδιαστρώσεις κυανών αργιλοµαργών 6m Σχ.4.3: Περιγραφική σχεδίαση της στρωµατογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγµατοληψίας. 0 Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 28

32 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία Φωτ 4.4: Το ακριβές σηµείο δειγµατοληψίας Φωτ 4.5: Το πρανές δειγµατοληψίας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 29

33 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία είγµα 5: Η θέση δειγµατοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγµένες χ: και y: Πρόκειται για ροδοκάστανες πολύ συνεκτικές αργιλοϊλύες έως άργιλοι. συνεκτικό ψηφιδοπαγές συνεκτικό κροκαλοπαγές clast supported 6m ροδοκάστανες συνεκτικές αργιλοϊλύες µε µικρές ενστρώσεις κιτρινοκάστανων αργίλων ροδοκάστανες πολύ συνεκτικές αργιλοϊλύες έως άργιλοι 0 Σχ.4.4: Περιγραφική σχεδίαση της στρωµατογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγµατοληψίας. Φωτ 4.6: Το ακριβές σηµείο δειγµατοληψίας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 30

34 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία Φωτ 4.7: Το πρανές δειγµατοληψίας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 31

35 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία είγµα 6: Η θέση δειγµατοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγµένες χ: και y: Πρόκειται για λευκό - κίτρινες ασβεστιτικές µάργες µε πολύ λεπτές ενδιαστρώσεις λεπτόκοκκης άµµου. λευκή έως κιτρινοφαιή µάργα µε πολύ λεπτές ενδιαστρώσεις λεπτόκοκκης άµµου 6m Σχ.4.5: Περιγραφική σχεδίαση της στρωµατογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγµατοληψίας 0m Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 32

36 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία Φωτ 4.8: Το ακριβές σηµείο δειγµατοληψίας Φωτ 4.9: Το πρανές δειγµατοληψίας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 33

37 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία είγµα 7: Η θέση δειγµατοληψίας ορίζεται από τις γεωγραφικές συντεταγµένες χ: και y: Πρόκειται για λευκές έως υπότεφρες ασβεστιτικές µάργες µε ενστρώσεις λεπτής άµµου. 6m λευκές έως υπότεφρες ασβεστιτικές µάργες µε ενστρώσεις λεπτής άµµου Σχ.4.6: Περιγραφική σχεδίαση της στρωµατογραφίας του πρανούς. Το βέλος δείχνει τον ορίζοντα δειγµατοληψίας 0 Φωτ 4.10: Το πρανές δειγµατοληψίας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 34

38 Κεφάλαιο 4 ειγµατοληψία Φωτ 4.11: Το πρανές δειγµατοληψίας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 35

39 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΟΚΙΜΕΣ 5 ΚΑΙ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΕΙΓΜΑΤΩΝ ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΟΚΙΜΩΝ ΤΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ. Για το πέρας της συγκεκριµένης έρευνας χρειάστηκε να γίνουν ορισµένες δοκιµές οι οποίες αποσκοπούσαν στην ταξινόµηση των ληφθέντων εδαφικών δειγµάτων και στον προσδιορισµό κρίσιµων φυσικών και µηχανικών παραµέτρων. Οι δοκιµές αυτές περιγράφονται αναλυτικά πιο κάτω. 5.1 ΦΥΣΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕ ΑΡΑΙΟΜΕΤΡΟ Η µέθοδος αυτή βασίζεται στην αρχή της διασποράς και καθίζησης των εδαφικών κόκκων στο νερό µε διαφορετικές ταχύτητες, που εξαρτώνται από το σχήµα, το µέγεθος και το βάρος τους. Για τις µετρήσεις χρησιµοποιείται αραιόµετρο. Σύµφωνα µε τον νόµο του Stokes τα εδαφικά τεµαχίδια είναι σφαιρικά και η ταχύτητα καθίζησης είναι συνάρτηση της διαµέτρου τους. Η σχέση που περιγράφει το νόµο είναι: d 0 = 30nL 980(G -1)t S όπου: d 0 : η µέγιστη διάµετρος, σε mm Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 36

40 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων n :συντελεστής ιξώδους, σε poises,του µέσου διασποράς (στη συγκεκριµένη περίπτωση του νερού) L : διαδροµή κόκκων που καθιζάνουν, σε cm t : χρόνος, σε min, περιόδου καθίζησης G s : ειδικό βάρος κόκκων εδάφους Ο νόµος του Stokes εφαρµόζεται σε εδαφικά υλικά που έχουν ισοδύναµη διάµετρο µικρότερη από 0.2 mm και µεγαλύτερη από mm. Εδαφικοί κόκκοι µεγαλύτεροι από 0.2 mm καθιζάνουν µε µεγάλη ταχύτητα και προκαλούν ανατάραξη του αιωρήµατος. Εδαφικοί κόκκοι µικρότεροι από mm δεν µετρούνται λόγω της κίνησης Brown. Στον Πίνακα 5.1 δίνονται οι µέγιστες διάµετροι των κόκκων σε αιώρηση για διάφορους χρόνους κάτω από δεδοµένες συνθήκες. Οι συνθήκες συµφωνά µε τις οποίες υπολογίστηκαν οι µέγιστες διάµετροι είναι: Η απόσταση, L, που διατρέχουν οι κόκκοι, σταθερή και ίση προς 17.5 cm. Ο συντελεστής ιξώδους, η, ίσος προς αυτόν του νερού στους 20 C, δηλαδή poises. Το ειδικό βάρος των κόκκων του εδάφους, G s, λαµβάνεται σταθερό και ίσο προς Αυτές οι διάµετροι διορθώνονται σύµφωνα µε τον τύπο: d =d 0 K L K G K n για συνθήκες διαφορετικές από τις παραπάνω. Οι συντελεστές K L, K G, K n, δίνονται από αντίστοιχους πίνακες. Η ανάλυση µε το αραιόµετρο πραγµατοποιείται στο εργαστήριο σε ογκοµετρικό κύλινδρο των 1000 ml. To δείγµα, που πρέπει να είναι αντιπροσωπευτικό, αποτελείται από 50 gr (ή 100 gr για τα πιο αµµώδη εδάφη) ξηραµένου σε κλίβανο στους 60 C για 24 h ή αεροξηραµένου εδάφους και διερχόµενου από το κόσκινο No 10 (2 mm). Λειοτριβείται σε γουδί µε γουδοχέρι καλυµµένο µε ελαστικό, προσεκτικά έτσι ώστε να αποµονωθούν οι κόκκοι χωρίς να µειωθεί το µέγεθος τους. Κατόπιν παραµένει για 12 h σε ποτήρι των 250 ml καλυπτόµενο µε 125 ml από το έτοιµο διάλυµα του παράγοντα διασποράς που έχει επιλεγεί και παρασκευάζεται σύµφωνα µε τον Πίνακα 5.2. Συνήθως σαν παράγοντας διασποράς χρησιµοποιείται το εξαµεταφωσφορικό νάτριο. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 37

41 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων Πίνακας 5.1: Μέγιστη διάµετρος κόκκων σε αιώρηµα κάτω από τις δεδοµένες συνθήκες Χρόνος Μέγιστη διάµετρος κόκκων (min) (mm) Πίνακας 5.2: Παράγοντες διασποράς Χηµική Ένωση Γραµµάρια άλατος ανά λίτρο έτοιµου διαλύµατος Χηµικός Τύπος Εξαµεταφωσφορικό Νάτριο µε Ανθρακικό Νάτριο ως ρυθµιστικό 45,7 NaPO 3 ή (NaPO 3 ) 6 Πολυφωσφορικό Νάτριο 21,6 Na 12 P 10 O 31 Τριφωσφορικό Νάτριο 18,8 Na 5 P 3 O 10 Τετραφωσφορικό Νάτριο 35,1 Na 6 P 4 O 13 Μετά τη συµπλήρωση του χρόνου αυτού το δείγµα από το ποτήρι µεταφέρεται µε έκπλυση σε κύπελλο διασποράς και αναδεύεται σε µηχανικό αναδευτήρα για 1min. Το εδαφικό αιώρηµα στη συνέχεια µεταφέρεται στο σωλήνα των 1000 ml και προστίθεται απεσταγµένο νερό µέχρι τα 1000 ml. Τότε ο ογκοµετρικός κύλινδρος τοποθετείται σε υδατόλουτρο σταθερής θερµοκρασίας (περίπου 20 C). Όταν το εδαφικό αιώρηµα αποκτήσει τη θερµοκρασία του υδατόλουτρου, εξάγεται ο κύλινδρος και το περιεχόµενο του αναταράσσεται για 1 min (60 περίπου κινήσεις αναστροφής του κυλίνδρου). Σαν πώµα του στοµίου του κυλίνδρου χρησιµοποιείται η παλάµη ή ειδικό πλαστικό πώµα. Σηµειώνεται ο χρόνος περάτωσης της ανατάραξης, τοποθετείται ο ογκοµετρικός κύλινδρος µέσα στο υδατόλουτρο, βυθίζεται το αραιόµετρο στο αιώρηµα και διαβάζονται οι ενδείξεις αυτού στο τέλος των 2 min ή και νωρίτερα. Οι µετέπειτα ενδείξεις λαµβάνονται κατά χρονικά διαστήµατα 5, 15, 30, 60, 250 και 1440min, από την έναρξη της κατακρήµνισης. Αµέσως µετά από κάθε ανάγνωση του αραιόµετρου µετριέται Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 38

42 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων και σηµειώνεται η θερµοκρασία του εδαφικού αιωρήµατος, µε τη χρήση υδραργυρικού θερµοµέτρου. Στην περίπτωση που η θερµοκρασία είναι διαφορετική από 20 ο C τότε η ανάγνωση R του αραιοµέτρου διορθώνεται ανάλογα µε τη θερµοκρασία, βάση ορισµένων πινάκων. Όταν το αραιόµετρο τοποθετείται στον κύλινδρο µε το εδαφικό αιώρηµα, σε χρόνο t από την αρχή της κατακρήµνισης, µετριέται η ποσότητα σε gr του εδάφους που βρίσκεται ακόµα σε αιώρηση, δηλαδη το διερχόµενο σε gr. Το ποσοστό του διερχόµενου (W %) στο δείγµα των 50 ή 100 gr δίνεται από τον τύπο: αr' W(%)= x100 για το αραιόµετρο 152 Η, όπου: W s R : διορθωµένη ένδειξη του αραιοµέτρου, W s : βάρος σε gr του δείγµατος των 50 ή 100 gr που χρησιµοποιήθηκε, διορθωµένο ως προς την υγροσκοπική του υγρασία α : συντελεστής διόρθωσης που εξαρτάται από το ειδικό βάρος του µε δείγµατος G 2,65-1 s α = 2,65 G -1 s G s : ειδικό βάρος κόκκων, λαµβάνοντας υπόψη ότι τα αραιόµετρα είναι βαθµονοµηµένα για G s = 2,65. Για τη µετατροπή των ποσοστών W (%) του εδάφους "εν αιωρήσει" σε ποσοστό (%) του ολικού προς εξέταση δείγµατος, που περιλαµβάνει και το συγκρατούµενο κλάσµα στο κόσκινο No 10, το W % πολλαπλασιάζεται µε το συντελεστή W 10 /l00, όπου W 10 είναι το ποσοστό % του ολικού δείγµατος διερχόµενου από το No 10. Έτσι έχουµε : W αr' W αr' W(%)= 10 x100 W(%)= Ws Ws Με βάση τα αποτελέσµατα της ανάλυσης µε αραιόµετρο κατασκευάζεται η κοκκοµετρική καµπύλη στο αντίστοιχο διάγραµµα και καλύπτει την περιοχή µέχρι τα 0,075mm (κόσκινο Ν ο 200) ενώ το υπόλοιπο συµπληρώνεται από την ανάλυση µε τα κόσκινα. Όταν συνδυάζονται τα αποτελέσµατα της κοκκοµετρικής ανάλυσης µε κόσκινα, µε αυτά της Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 39

43 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων ανάλυσης µε αραιόµετρο, παρουσιάζεται πολλές φορές κάποια ασυνέχεια στην κοκκοµετρική καµπύλη, που οφείλεται στο γεγονός ότι οι εδαφικοί κόκκοι έχουν ακανόνιστο σχήµα. Εάν στο δείγµα που λαµβάνεται για αραιοµέτρηση το ποσοστό της οργανικής ύλης είναι µεγαλύτερο του 1 % τότε πριν από το στάδιο της διασποράς η ύλη αυτή επιβάλλεται να αποµακρυνθεί. Εάν δε τα εδάφη είναι ασβεστούχα µπορεί επίσης να γίνει αποµάκρυνση των ανθρακικών αλάτων πριν από το στάδιο της διασποράς. Σηµειώνεται σχετικά, ότι η αποµάκρυνση της οργανικής ύλης και των ανθρακικών είναι απαραίτητη γιατί και τα δύο επενεργούν σαν παράγοντες συσσωµάτωσης. Όταν βρίσκονται σε κατάσταση διασποράς, αυξάνουν στις µετρήσεις το ποσοστό του αργιλικού κλάσµατος καθόσον τα τεµαχίδια τους έχουν διαστάσεις κολλοειδών. Αποµάκρυνση της οργανικής ύλης: χρησιµοποιείται ποτήρι ζέσεως των 400 ml, προστίθενται το εδαφικό δείγµα, 50 ml απεσταγµένου νερού, 20 ml Η 2 Ο 2 30% και αναδεύονται. Για την επιτάχυνση του φαινοµένου, προστίθενται επιπλέον 20 ml H 2 O 2, µετά το τέλος της πρώτης αντίδρασης και θερµαίνεται ελαφρά το µίγµα. Ίσως απαιτηθούν και άλλα 20 ml H 2 O 2 µε ελαφρύ βράσιµο του αιωρήµατος µέχρι διακοπής της αντίδρασης. Σε εδάφη που περιέχουν ΜnΟ 2 είναι απαραίτητο να προστεθούν µερικές σταγόνες οξικού οξέος πριν από την επεξεργασία µε Η 2 Ο 2 επειδή το ΜnΟ 2 προκαλεί αυθόρµητη διάσπαση του Η 2 Ο 2. Αν παρατηρούνται πολλές φυσαλίδες ικανές να αποκρίνουν το δείγµα από το ποτήρι, προστίθενται µερικές σταγόνες αµυλικής αλκοόλης. Αποµάκρυνση ανθρακικών αλάτων : Προστίθενται 25 ml 0.1 Ν HCl, αναδεύονται και αφήνονται σε ηρεµία για 2 λεπτά. ιηθείται το αιώρηµα και επαναλαµβάνεται το ίδιο δύο φορές µε 25 ml HCl και τρεις φορές µε απεσταγµένο νερό. Μετά τις παραπάνω διεργασίες το στερεό δείγµα συλλέγεται µε φυγοκέντρηση ή µε διήθηση και στη συνέχεια ξηραίνεται σε θερµοκρασία µικρότερη ή ίση των 60 C. Η οργανική ύλη και τα ανθρακικά δεν λαµβάνονται υπόψη στους υπολογισµούς και για το λόγο αυτό το δείγµα (50 gr ή 100 gr) ζυγίζεται µετά την αποµάκρυνση τους. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 40

44 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙ ΙΚΟΥ ΒΑΡΟΣ Ε ΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΛΕΠΤΟΤΕΡΟΥ ΤΩΝ 2 mm. Χρησιµοποιείται το πυκνόµετρο, που µπορεί να είναι είτε ογκοµετρική φιάλη χωρητικότητας τουλάχιστον 100 ml είτε λήκυθος χωρητικότητας τουλάχιστον 50 ml. Το πυκνόµετρο καθαρίζεται, ξηραίνεται, ζυγίζεται και στη συνέχεια πληρούται µέχρι τη χαραγή µε απεσταγµένο νερό πραγµατικής θερµοκρασίας δωµατίου. Ο εγκλωβισµένος αέρας αποµακρύνεται µε εφαρµογή µερικού κενού ή µε ελαφρύ βρασµό για 10 min και περιστροφή, τοποθετείται σε υδατόλουτρο θερµοκρασίας 20 C, επαναφέρεται η στάθµη του νερού µέχρι τη χαραγή και ζυγίζεται. Το εδαφικό υλικό µπορεί ή να ξηραθεί στον αέρα ή να έχει ξηραθεί σε κλίβανο στους 60 C και κατόπιν ψυχθεί σε ξηραντήρα, ενώ πριν τη χρησιµοποίηση του για τη δοκιµή, είναι απαραίτητο να κονιοποιηθεί πολύ καλά σε γουδί µε ράβδο (γουδοχέρι) καλυµµένη µε ελαστικό, για την αποσύνδεση των κόκκων από τυχόν συσσωµατώµατα. Για την εξασφάλιση αντιπροσωπευτικού δείγµατος στην απαραίτητη ποσότητα µπορεί να γίνει απλός τετραµερισµός του αρχικού δείγµατος ή να χρησιµοποιηθεί συσκευή διαχωρισµού δειγµάτων. Το βάρος του ξηραµένου σε κλίβανο δείγµατος πρέπει να είναι τουλάχιστον 25 gr όταν χρησιµοποιείται ογκοµετρική φιάλη και 10 gr για τη λήκυθο, ενώ για τα πιο αµµούχα υλικά πρέπει να ληφθεί µεγαλύτερη ποσότητα δείγµατος, ήτοι 50 gr περίπου. Το δείγµα τοποθετείται στο πυκνόµετρο χωρίς απώλεια εδάφους στην περίπτωση που έχει ζυγιστεί και στη συνεχεία το πυκνόµετρο πληρούται µε απεσταγµένο νερό (µέχρι τη χαραγή). Ο αέρας που έχει τυχόν παγιδευτεί, αποµακρύνεται µε εφαρµογή στο περιεχόµενο µερικού κενού ή µε ελαφρύ βρασµό για τουλάχιστον 10 min και περιστροφή του πυκνόµετρου έτσι ώστε ο αέρας να ανέλθει. Τοποθετείται µετά σε υδατόλουτρο σταθερής θερµοκρασίας 20 C και γίνεται επαναφορά της στάθµης. Στη συνέχεια καθαρίζεται και ξηραίνεται εξωτερικά µε καθαρό στεγνό ύφασµα και ζυγίζεται. Όπου: Ειδικό βάρος (20 c) = w 0 /w 0 +(w α -w β ) Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 41

45 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων w 0 : βάρος ξηρού δείγµατος εδάφους, σε gr w α : βάρος πυκνόµετρου µε νερό µέχρι τη χαραγή, θερµοκρασίας 20 C, σε gr w β : βάρος πυκνόµετρου ξηρού δείγµατος και νερού, µέχρι τη χαραγή, θερµοκρασίας 20 C, σε gr Αν οι τιµές w α και w β έχουν ληφθεί σε θερµοκρασία Τ Χ, διαφορετική από 20 C, τότε η τιµή του ειδικού βάρους στους 20 C, προκύπτει από τη σχέση: Ειδικό βάρος (σε 20 C) = Κ x (ειδικό βάρος σε T X C) Όπου: Κ: συντελεστής διόρθωσης που προκύπτει από τη διαίρεση της σχετικής πυκνότητας του νερού θερµοκρασίας Τ Χ : µε τη σχετική πυκνότητα του νερού στους 20 C. Οι τιµές του Κ προκύπτουν από σχετικούς πίνακες. Για την αναφορά της τιµής του ειδικού βάρους ως προς το νερό θερµοκρασίας 4 C πολλαπλασιάζεται η τιµή του ειδικού βάρους σε θερµοκρασία 20 C µε τη σχετική πυκνότητα του νερού σε θερµοκρασία 20 C την οποία βρίσκουµε από σχετικούς πίνακες. Η δοκιµή εκτελείται σε 2 δοκίµια από το ίδιο δείγµα, τα αποτελέσµατα εκφράζονται µε ακρίβεια 0.01 και εάν διαφέρουν µεταξύ τους περισσότερο από 0.03 η δοκιµή επαναλαµβάνεται ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ Υ ΑΡΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΤΗ ΣΥΣΚΕΥΗ CASAGRANDE Για την εκτέλεση της δοκιµής λαµβάνεται διαταραγµένο δείγµα βάρους 100 gr περίπου έπειτα από καλή ανάµειξη, από το κλάσµα του υλικού που είναι διερχόµενο από το κόσκινο Ν ο 40 (0,425mm) και έχει ξηρανθεί στον αέρα ή σε κλίβανο στους 60 C. Τοποθετείται στη συνέχεια σε κάψα και προστίθεται σταδιακά απεσταγµένο νερό. Ανακατεύεται πολύ καλά έτσι ώστε να προκύψει µια εδαφική παχύρρευστη µάζα. Η κάψα µε την εδαφική µάζα τοποθετείται στον υγραντήρα 30 min τουλάχιστον για ωρίµανση. Κατόπιν λαµβάνεται µέρος της εδαφικής µάζας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 42

46 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων και γεµίζεται το κύπελλο της συσκευής (φωτ 5.1), µετά δε την επιπέδωση, το µέγιστο πάχος του πλακούντα που δηµιουργήθηκε πρέπει να είναι 1cm. Φωτ 5.1: Συσκευή Cassagrande Ο πλακούντας διαιρείται µε σταθερή διαδροµή του οργάνου χάραξης κατά µήκος της διαµέτρου που διέρχεται από το µέσο του στηρίγµατος του κυπέλλου, έτσι ώστε να σχηµατιστεί καθαρή και απότοµη χαραγή κατάλληλων διαστάσεων. Με ειδικό µηχανισµό υψώνεται και αφήνεται το κύπελλο να πέσει µε χτύπο από ύψος 1 cm. Σαν όριο υδαρότητας ορίζεται το ποσοστό της περιεχόµενης υγρασίας που απαιτείται για να κλείσει η χαραγή στο µέσο του πυθµένα της κατά 12,7mm µετά από 25 χτύπους. Εκτελούµε τουλάχιστον 3 δοκιµές στο ίδιο δείγµα µε διαφορετικές περιεκτικότητες σε υγρασία, µε αποδεκτό αριθµό χτύπων από 15 έως 35 (συγκεκριµένα στις περιοχές 25-35, 20-30, 15-25), δεδοµένου ότι µε την παραπάνω διαδικασία είναι δύσκολο στους 25 χτύπους να κλείσει η χαραγή κατά 12,7mm στον πυθµένα διότι δεν µπορεί να προσδιοριστεί επακριβώς η υγρασία. Το ποσοστό περιεχόµενης υγρασίας και ο αντίστοιχος αριθµός κτύπων απεικονίζεται σε ηµιλογαριθµικό διάγραµµα µε τα ποσοστά υγρασίας σε γραµµική κλίµακα (τετµηµένη) και των αριθµό των κτύπων στην ηµιλογαριθµική. τα σηµεία που προκύπτουν βρίσκονται κατά µεγάλη Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 43

47 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων προσέγγιση πάνω σε ευθεία γραµµή, η οποία ονοµάζεται καµπύλη ροής. Η υγρασία που αντιστοιχεί στους 25 κτύπους µέσω της καµπύλης ροής αποτελεί το όριο υδαρότητας ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΟΥ ΠΛΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Για τον προσδιορισµό του ορίου πλαστικότητας, PL λαµβάνεται ποσότητα εδάφους 20 gr περίπου από το ίδιο όπως παραπάνω υλικό (αεροξηραµένο) Τοποθετείται µέσα σε κάψα από πορσελάνη και αναµιγνύεται καλά µε απεσταγµένο νερό µέχρι που η µάζα του καταστεί αρκετά πλαστική ώστε να µορφώνεται εύκολα. Το δείγµα παραµένει σε υγραντήρα για ωρίµανση τουλάχιστον 30, ενώ για τη δοκιµή λαµβάνεται ένα µέρος του δείγµατος βάρους 8 gr περίπου. Στη συνέχεια το δείγµα συµπιέζεται και µορφώνεται σε µάζα ελλειψοειδούς σχήµατος η οποία κυλινδρώνεται µεταξύ των δακτύλων και µιας σµυριδωµένης γυάλινης πλάκας ή χαρτιού που βρίσκεται πάνω σε οµαλή οριζόντια επιφάνεια, µε την απαιτούµενη πίεση ώστε να σχηµατίσει ραβδίσκο οµοιόµορφής διαµέτρου σε όλο το µήκος του. Όταν η διάµετρος του ραβδίσκου γίνει περίπου 3mm χωρίς να ρωγµατώνεται, θραύεται σε 6 ή 8 τεµάχια τα οποία συµπιέζονται πάλι µεταξύ των δακτύλων σε οµοιόµορφη µάζα, χονδρικά ελλειψοειδούς σχήµατος και επαναλαµβάνεται η κυλίνδρωση σε ραβδίσκο διαµέτρου 3mm. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται µέχρις ότου ο ραβδίσκος αρχίζει να ρωγµατώνεται όταν η διάµετρός του είναι ίση µε 3mm. Στο εδαφικό υλικό που αρχίζει να ρωγµατώνεται µετριέται η υγρασία του. Η δοκιµή επαναλαµβάνεται άλλες δυο φορές µε συνεχή µείωση της περιεχόµενης υγρασίας. Ο µέσος όρος των τριών δοκιµών, αποτελεί το όριο πλαστικότητας του υλικού το οποίο συνήθως δίνεται στο ίδιο µε την προηγούµενη δοκιµή έντυπο. Η ρωγµάτωση εµφανίζεται διαφορετικά στους διάφορους τύπους εδαφών. Στα εδάφη µε υψηλή περιεκτικότητα σε άργιλο απαιτείται µεγάλη πίεση για την κυλίνδρωση του ραβδίσκου, ιδίως όταν πλησιάζουν το όριο πλαστικότητας και τελικά ο ραβδίσκος θραύεται σε σειρά τεµαχίων βαρελοειδούς σχήµατος. Στα εδάφη χαµηλής πλαστικότητας είναι επιτρεπτό Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 44

48 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων να µειωθεί η ολική παραµόρφωση, προσδίδοντας στην ελλειψοειδούς σχήµατος µάζα αρχική διάµετρο πλησιέστερη προς την τελικά απαιτούµενη των 3mm ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΣΥΝΕΚΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Το δείγµα που χρησιµοποιείται πρέπει να είναι αδιατάρακτο, σε µορφή κανονικού σχήµατος ή σε ακανόνιστη µορφή και βάρους περίπου 100 gr. Στη περίπτωση που ενδιαφέρει το ξηρό φαινόµενο βάρος, το δείγµα ξηραίνεται από πριν στους C και εφόσον δε περιέχει οργανικά. Στη συνέχεια ζυγίζεται µε ακρίβεια 0,01 του γραµµαρίου και υπολογίζεται ο όγκος του γεωµετρικά στη περίπτωση που το σχήµα είναι κανονικό. Σε δείγµατα µε ακανόνιστη µορφή ο όγκος υπολογίζεται µε την εξής µέθοδο (της ανάρτησης του δείγµατος ). Αφού το δείγµα ζυγιστεί, µε προσοχή επικαλύπτεται µε ένα όσο το δυνατόν λεπτό στρώµα λειωµένης παραφίνης που όµως καλύπτει όλη την επιφάνειά του. Όταν η παραφίνη (ή το κερί) στερεοποιηθεί το παραφινωµένο δείγµα ζυγίζεται και πάλι µε ακρίβεια 0,01 gr. Τοποθετείται στο ζυγό,δοχείο µε νερό και ο ζυγός µηδενίζεται. Στη συνέχεια το παραφινωµένο δείγµα αναρτάται, βυθίζεται στο νερό και η ένδειξη του ζυγού καταγράφεται. Από την ένδειξη του ζυγού γνωρίζουµε το βάρος του νερού που εκτόπισε το παραφινωµένο δείγµα κατά τη βύθισή του µέσα σε αυτό. Συνεπώς και καθώς η πυκνότητα του νερού είναι ίση µε 1 gr/cm 3 γνωρίζουµε τον όγκο του παραφινωµένου δείγµατος, δεδοµένου ότι ισούται µε τον όγκο του νερού που εκτοπίστηκε. Από τη διαφορά, επιπλέον, των βαρών του δείγµατος πριν και µετά τη παραφίνωση και από το ειδικό βάρος της παραφίνης (0,89 gr/cm 3 ) είναι δυνατόν να υπολογίσουµε τον όγκο της παραφίνης που καλύπτει το δείγµα. Η διαφορά των δυο όγκων µας δίνει τον όγκο του ακανόνιστου δείγµατος. Η διαίρεση του βάρους του δείγµατος µε τον όγκο του παρέχει την τιµή του φαινόµενου βάρους. Το φαινόµενο βάρος παρουσιάζεται σε µονάδες gr/cm 3 µε ακρίβεια δυο δεκαδικών ψηφίων. Επίσης κατά τη τήρηση και παρουσίαση των στοιχείων, Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 45

49 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων είναι σκόπιµο να παρουσιάζεται πίνακας µε όλα τα µεγέθη των βαρών και όγκων που µετρήθηκαν και υπολογίστηκαν ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΣΥΡΡΙΚΝΩΣΗ Ορίζεται σαν η ελάττωση µιας διάστασης της εδαφικής µάζας, όταν η περιεχόµενη υγρασία µειώνεται από δεδοµένο ποσοστό (%) στο όριο συρρίκνωσης. Χρησιµοποιείται µια «µήτρα» (Φωτ.5.2) η οποία πρέπει να καθαριστεί καλά και να γίνει επάλειψη στο εσωτερικό της µε σιλικόνη έτσι ώστε να εµποδίζεται η προσκόλληση του δείγµατος. Από το υλικό που διέρχεται από το κόσκινο Νο 40 (0.425 mm) λαµβάνεται δείγµα εδάφους αεροξηραµένου ή στη φυσική του κατάσταση βάρους 150 gr περίπου. Τοποθετείται σε ρηχή γυάλινη κάψα και αναµιγνύεται µε απεσταγµένο νερό µε τη χρήση σπάτουλας, µέχρι να γίνει η µάζα λεία και οµοιογενής σε περιεχόµενο υγρασίας κατά προσέγγιση κοντά στο όριο υδαρότητας του εδάφους. Στη συνέχεια το µίγµα τοποθετείται στη µήτρα όπου δονείται ελαφρά για να αποµακρυνθούν τυχόν φυσαλίδες αέρα από αυτό. Το έδαφος επιπεδώνεται µε τη σπάτουλα µέχρι τη κορυφή της µήτρας και αποµακρύνεται το υπόλοιπο. Φωτ. 5.2: Μήτρες και παχύµετρο συρρίκνωσης (από WF) Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 46

50 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων Αφήνεται να στεγνώσει (ξηραθεί) στον αέρα προοδευτικά µακριά από ρεύµατα αέρα µέχρις ότου να συρρικνωθεί (συσταλεί) και αποµακρυνθεί έτσι από τα τοιχώµατα της µήτρας. Η ξήρανση µπορεί να συνεχιστεί σε θερµοκρασία 60 C έως 65 C, ώστε η συρρίκνωση έχει κατά το µέγιστο συντελεστεί και έπειτα στους 105 C έως 110 C για να συµπληρωθεί η ξήρανση. Η µήτρα µε το έδαφος ψύχεται στη συνέχεια και µετριέται το µέσο µήκος της εδαφικής ράβδου. Αν το δοκίµιο έχει κυρτώσει κατά τη διάρκεια της ξήρανσης τότε αυτό αποµακρύνεται προσεκτικά από τη µήτρα και µετριέται το µήκος της πάνω και κάτω επιφάνειάς του. Ο µέσος όρος αυτών των δύο µηκών λαµβάνεται σαν το µήκος του ξηραµένου στον κλίβανο δοκιµίου. Η γραµµική συρρίκνωση του εδάφους µπορεί να υπολογιστεί από τη L σχέση: Ποσοστό γραµµικής συρρίκνωσης = 100(%). L Η γραµµική συρρίκνωση του εδάφους αναφέρεται στον πλησιέστερο ακέραιο αριθµό. Επίσης πρέπει να αναφέρεται η αναλογία του εδάφους που διέρχεται από το κόσκινο Νο 40 (0.425 mm) και σε ποιες συνθήκες έχει ληφθεί το δείγµα (αεροξηραµένο ή στη φυσική του κατάσταση). Αν το δείγµα δηµιουργήσει ρωγµές ακανόνιστες ή θραυστεί και η µέτρηση είναι δύσκολο να ληφθεί, τότε η δοκιµή πρέπει να επαναλαµβάνεται µε µικρότερη ταχύτητα ξήρανσης ΑΝΘΡΑΚΙΚΑ ΑΛΑΤΑ Ανθρακικά άλατα είναι τα ανθρακικά ορυκτά του εδάφους και συγκεκριµένα αυτά του ασβεστίου (ασβεστίτης CaCO 3 ), µαγνησίου (µαγνησίτης MgCO 3 ) και το ισοµοριακό µίγµα αυτών CaCO 3 MgCO 3 (δολοµίτης). Ο ασβεστίτης αποτελεί την επικρατούσα µορφή των ανθρακικών ορυκτών σε κανονικά εδάφη και βρίσκεται µε τη µορφή αυτή σε διάφορα πετρώµατα ή σε αποθέσεις (δευτερογενές ορυκτό), έπειτα από διαλυτοποίησή του µε τη διαδικασία της αποσύνθεσης πετρωµάτων από νερό που περιέχει CO 2,µε τη µορφή δισανθρακικού. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 47

51 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων ΟΛΙΚΟΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΑΝΘΡΑΚΙΚΩΝ ΚΑΤΑ BERNARD Προσδιορίζονται όλες οι µορφές των ανθρακικών του εδάφους, κυρίως Ca και Mg, και εκφράζονται σε CaCO 3 gr/100gr εδάφους. Βασίζεται στην αντίδραση : CaCO 3 + 2HCI CaCI 2 + H 2 O +CO 2 και µετριέται ο όγκος V του εκλυόµενου CO 2 Ποσότητα εδάφους 1 µέχρι 10 gr, αεροξηραµένου και διερχόµενο από το κόσκινο Νο 10 (2 mm ) λειοτριβείται. Ζυγίζονται 0.5 µέχρι 10 gr,ανάλογα µε την περιεκτικότητα αυτού σε ανθρακικά άλατα και εισάγονται στη κωνική φιάλη της συσκευής Bernard (σχηµ. 5.1). Στη φιάλη εισάγεται και ο µικρός δοκιµαστικός σωλήνας της συσκευής κατά τα 2/3,πλήρης µε διάλυµα υδροχλωρικού οξέος ( HCI ) 1:1, κανονικότητας 1 Ν χωρίς να εκχυθεί HCI από τον σωλήνα στο εδαφικό δείγµα. Η χοάνη της συσκευής βρίσκεται αναρτηµένη στη κανονική της θέση, ενώ η στάθµη του νερού µέσα στο σωλήνα µέτρησης, βρίσκεται λίγο πάνω από το µηδέν της κλίµακας. Σχηµ. 5.1: Συσκευής Bernard Τοποθετείται το πώµα στη φιάλη ώστε η στάθµη να κατέλθει στο µηδέν της κλίµακας του σωλήνα µέτρησης. Λαµβάνεται η αναρτηµένη χοάνη µε το αριστερό χέρι και κρατιέται κοντά στο σωλήνα µέτρησης ενώ συγχρόνως ανακινείται η κωνική φιάλη από το λαιµό µε τον αντίχειρα και το δείκτη του Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 48

52 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων δεξιού χεριού (αποφυγή θέρµανσης αυτής από τη παλάµη) έτσι ώστε να εκχυθεί το οξύ πάνω στο εδαφικό δείγµα, εκλύοντας CO 2. Η στάθµη του νερού στο σωλήνα µέτρησης και στη χοάνη θα πρέπει να βρίσκεται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο εφόσον εξακολουθεί η έκλυση αερίου. Όταν ολοκληρωθεί η αντίδραση µετρούνται τα εκλυθέντα cm 3 CO 2 όγκου V. Η µέθοδος αυτή βασίζεται στην αντίδραση: CaCO 3 + 2HCI CaCI 2 + H 2 O +CO 2 και προσδιορίζονται όλες οι µορφές των ανθρακικών, κυρίως Ca και Mg, που εκφράζονται σαν CaCO 3 gr/100gr εδάφους. Έτσι το σύνολο των ανθρακικών αλάτων του δείγµατος εκφραζόµενο σε CaCO 3 υπολογίζεται από τη σχέση (ALLISON and MOODIE, 1965): kv CaCO 3 (%) = G Όπου V : εκλυθέντα cm 3 CO 2 G : βάρος εδαφικού δείγµατος σε gr k : συντελεστής µετατροπής 1 cm 3 CO 2 σε gr CaCO 3 Ο συντελεστής k έχει τιµές : 0.44 σε θερµοκρασία 0 C και πίεση 760 mmhg 0.42 σε θερµοκρασία 15 C και πίεση 760 mmhg 0.41 σε θερµοκρασία 20 C και πίεση 760 mmhg 0.40 σε θερµοκρασία 30 C και πίεση 760 mmhg ΟΚΙΜΗ ΕΛΕΥΘΕΡΗΣ ΙΟΓΚΩΣΗΣ Σαν ελεύθερη διόγκωση ορίζεται η αύξηση του όγκου του εδάφους το οποίο βρίσκεται µε τη µορφή χαλαρής ξηρής σκόνης όταν ρίχνεται µέσα στο νερό και εκφράζεται σαν ποσοστό επί τοις εκατό του αρχικού όγκου. Εδάφη µε τιµές ελεύθερης διόγκωσης µικρότερες από 50 % µάλλον δεν δείχνουν χαρακτηριστικά διόγκωσης ενώ τιµές 100% ή και µεγαλύτερες σχετίζονται µε αργίλους οι οποίες θα µπορούσαν να διογκωθούν πολύ µε τη διαβροχή, ιδιαίτερα όταν είναι κάτω από ελαφρά φορτία. Εδάφη µε πολύ µεγάλη διογκωσιµότητα, όπως π.χ. ο µπετονίτης, µπορούν να έχουν ελεύθερη διόγκωση µέχρι και 2000%. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 49

53 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων Για τη δοκιµή αυτή 50 gr περίπου του εδάφους ξηραίνονται στο φούρνο (60 C),κοσκινίζονται στο κόσκινο Νο 40 και το ξηρό έδαφος τοποθετείται χαλαρά σε στεγνό κύλινδρο των 25 ml µέχρι και την ένδειξη 10 ml (σχηµ.5.2). Η σκόνη δεν πρέπει να συµπυκνωθεί ή να διαταραχθεί (κουνηθεί) προς τα κάτω. Στη συνέχεια 50 ml απεσταγµένου νερού τοποθετούνται σε ογκοµετρικό σωλήνα καθώς και η ξηρή εδαφική σκόνη αργά και σταθερά µέσα στο νερό. Αφήνεται το κύριο µέρος των στερεών σωµατιδίων να ηρεµήσει, η διαδικασία δε αυτή µπορεί να διαρκέσει από µερικά λεπτά έως µισή ώρα. Τα λεπτότερα σωµατίδια µπορεί να αιωρούνται για πολύ ακόµη ώρα αλλά αυτό µπορεί να αγνοηθεί. Η ένδειξη του όγκου των στερεών σωµατιδίων που κατακάθεται µετά από 24 h (V σε ml), καταγράφεται ενώ αγνοούνται τα λεπτότερα σωµατίδια που µπορεί να αιωρούνται µέσα στο νερό για πολύ ακόµη χρόνο. Σχηµ 5.2: οκιµή ελεύθερης διόγκωσης Η ελεύθερη διόγκωση υπολογίζεται από τον τύπο : V-10 Ελεύθερη διόγκωση = x 100 (%) 10 όπου, 10 ml είναι ο αρχικός όγκος του ξηρού εδάφους. Το αποτέλεσµα στρογγυλοποιείται στον πλησιέστερο ακέραιο αριθµό. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 50

54 Κεφάλαιο 5 Εργαστηριακές δοκιµές και ταξινόµηση δειγµάτων 5.2 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΠΡΟΣ ΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΤΗ ΧΑΛΑΡΩΣΗΣ (SLAKE DURABILITY INDEX) Με τη δοκιµή αυτή εκτιµάται η ανθεκτικότητα του πετρώµατος στις διεργασίες της γρήγορης αποσάθρωσης. Η µέθοδος περιλαµβάνει διαδοχικούς κύκλους ξήρανσης και ύγρανσης των δειγµάτων. Με την τοποθέτησή τους διαδοχικά σε φούρνο και µέσα σε περιστρεφόµενους, µισοβυθισµένους σε νερό συρµάτινους µύλους, οι οποίοι περιλαµβάνονται στην ειδική συσκευή που έχει σχεδιαστεί για τη δοκιµή αυτή. Φωτ 5.3: Συσκευή χαλάρωσης Η δοκιµή χαλάρωσης συνιστάται κυρίως για αργιλικά µαργαϊκά πετρώµατα (αργιλόλιθους, µαργόλιθους, ιλυόλιθους κ.λ.π.) αλλά µπορεί περιστασιακά να εκτελεστεί και σε βραχώδη υλικά που παρουσιάζουν εµφανή αποσάθρωση. Κατά τη µέθοδο αυτή διαµορφώνονται δέκα δείγµατα του πετρώµατος σε σφαιρικό σχήµα που το καθένα έχει µάζα gr και συνολική µάζα gr. 1. Τα δείγµατα τοποθετούνται σε φούρνο θερµοκρασίας 105 ± 5 ºC για 2-6 ώρες. Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Πανεπιστηµίου Πατρών 51