Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 6 η Άσκηση Επιλογή καταλληλότητας θέσης και τύπου φράγµατος

Transcript

1 Ασκήσεις Τεχνικής Γεωλογίας 6 η Άσκηση Επιλογή καταλληλότητας θέσης και τύπου φράγµατος Β.Χρηστάρας Β. Μαρίνος Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας

2 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ 6 η Άσκηση Τίτλος άσκησης: Επιλογή καταλληλότητας θέσης και τύπου φράγµατος. Θέµατα στεγανότητας Θέµατα θεµελίωσης Θέµατα ευστάθειας πρανών σε επίπεδο λεκάνης και θέσης φράγµατος.

3 Επιλογή καταλληλότητας θέσης και τύπου φράγµατος. Σκοπός της άσκησης είναι η αξιολόγηση πιθανών θέσεων για την θεµελίωση φράγµατος. Η αξιολόγηση βασίζεται στην στεγανότητα και στην τεχνικογεωλογική συµπεριφορά (έναντι θεµελίωσης και ευστάθειας πρανών) κάθε θέσης, τόσο σε επίπεδο θέσης όσο και σε επίπεδο λεκάνης απορροής.

4 Επιλογή καταλληλότητας θέσης και τύπου φράγµατος. Στην πρώτη άσκηση προσοχή δίνεται στην επιλογή θέσης φράγµατος από γεωλογική οριζοντιογραφία. Θέµατα διαφυγών και καλύτερης ευστάθειας του φράγµατος. Επιλογή καταλληλότερου τύπου φράγµατος. Στην δεύτερη άσκηση γίνεται λεπτοµερέστερη γεωλογική αξιολόγηση στην επιλογή καταλληλότερης θέσης φράγµατος µεταξύ δύο θέσεων. Αυτό επιτυγχάνεται µε την κατασκευή τοµών από γεωτρήσεις και τον εντοπισµό γεωλογικής επικινδυνότητας (διαφυγές, φέρουσας ικανότητας, ευστάθειας πρανών, ενεργότητα ρηγµάτων) και για τις 2 θέσεις. Τέλος η άσκηση σκοπεύει στην επιλογή καταλληλότερου τύπου φράγµατος και στις προτάσεις για περαιτέρω έρευνα στη επιλεχθείσα θέση.

5 Φράγµα Φράγµα: είναι τεχνικό έργο που κατασκευάζεται στην κοίτη ενός ποταµού για να ανακόψει τη ροή, µε σκοπό την αποθήκευση του νερού για µελλοντική χρησιµοποίησή του. Η έκταση γης στην οποία αποθηκεύεται το νερό και βρίσκεται στα ανάντη του φράγµατος, ονοµάζεται ταµιευτήρας ή λεκάνη κατάκλυσης. Φράγµα Αλιάκµονα 5

6 Σκοπός της κατασκευής ενός φράγµατος 1. Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας 2. Άρδευση καλλιεργούµενων εδαφών 3. Ύδρευση πόλεων, οικισµών ή βιοµηχανικών µονάδων 4. Αντιπληµµυρική προστασία 5. Εµπλουτισµός του υπόγειου υδάτινου ορίζοντα 6. Άλλα (συνδυαστικά): Ναυσιπλοΐα, Τουριστική αξιοποίηση, Βελτίωση του περιβάλλοντα χώρου, Αθλητισµός, ιχθυοκαλλιέργεια 6

7 Κριτήρια επιλογής της θέσης ενός φράγµατος ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ Η µορφολογία µιας κοιλάδας έχει µεγάλη σηµασία στην κατασκευή φραγµάτων. Ιδανική περίπτωση κοιλάδας είναι εκείνη που στη θέση του φράγµατος στενεύει και αµέσως ανάντη διευρύνεται. ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ Είναι εκείνα που αν δε ληφθούν υπόψη µπορούν να οδηγήσουν σε αστοχίες : 1) ύπαρξη των ικανών και αναγκαίων ποσοτήτων νερού 2) εξασφάλιση στεγανότητας του ταµιευτήρα 3) στεγανότητα στη ζώνη του φράγµατος 4) ευστάθεια των πρανών 5) παρουσία πετρωµάτων µε ικανοποιητική φέρουσα ικανότητα και αντοχή 7

8 ΤΥΠΟΙ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ Xωµάτινο ή Λιθόριπτο φράγµα Φράγµα Βαρύτητας Τοξωτό Φράγµα Αντηριδωτά φράγµατα

9 ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΠΟΥ ΒΑΣΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΓΝΩΣΗ Α. ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ 1. Ευστάθεια της περιοχής θεµελιώσεως (παραµορφώσεις, αντοχές, διάβρωση) 2. Ευστάθεια των γειτονικών πρανών (αλλαγές στην πιεζοµετρία) 3. Στεγανότητα της θεµελιώσεως και των αντερεισµάτων 4. Ευστάθεια συµπαροµαρτούντων έργων (υπερχειλιστής, σήραγγα εκτροπής, σήραγγες και έργα υδροληψίας κλπ.) 5. Εντοπισµός ειδικών γεωλογικών κινδύνων (π.χ. παρουσία ενεργού ρήγµατος) 6. Σεισµική µελέτη (σεισµική απόκριση)

10 ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΠΟΥ ΒΑΣΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΓΝΩΣΗ Α. ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΗΣ ΘΕΣΗΣ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΥ ΤΥΠΟΥ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Αναζήτηση δανειοθαλάµων για τα υλικά κατασκευής ΤΕΛΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΥΠΟΥ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ

11 ΤΟ ΘΕΜΑ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΝΕΡΟΥ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΦΡΑΓΜΑ Απώλειες νερού (Διαφυγές) (Σε µεγάλης περατότητας πετρώµατα) Ανάπτυξη υποπιέσεων (και σε πετρώµατα µικρής περατότητας) Διάβρωση πετρώµατος θεµελίωσης (αν είναι διαβρώσιµο)

12 ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΠΟΥ ΒΑΣΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΗ ΓΕΩΛΟΓΙΚΗ ΓΝΩΣΗ Β. ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ 1. Στεγανότητα περιοχής που θα κατακλυστεί (ή εν πάσει περιπτώσει εκτίµηση των ποσοτήτων που θα διαφεύγουν γιατί µπορεί ενδεχοµένως να είναι µικρές) 2. Ευστάθεια κλιτύων γύρω από τον ταµιευτήρα (κίνδυνος µεγάλων κατολισθήσεων, σε κλίµακα πλαγιάς 3. Κίνδυνος κατολισθήσεων από την λειτουργία του ταµιευτήρα (άνοδος κάθοδος στάθµης) 4. Καθεστώς φερτών υλών (εξαρτάται από την φύση των πετρωµάτων κλίσεις πρανών βροχοπτώσεις φυτοκάλυψη)

13 ΦΡΑΓΜΑ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ ΤΟΞΩΤΟ ΦΡΑΓΜΑ

14 ΧΩΜΑΤΙΝΟ ΦΡΑΓΜΑ Αργιλικός πυρήνας για την στεγανότητα του έργου Αµµοχάλικα στο κέλυφος στήριξης του φράγµατος (για την ευστάθεια του έργου)

15 ΘΕΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΤΟΞΩΤΑ ΦΡΑΓΜΑΤΑ Βραχόµαζα πολύ καλής ποιότητας, οµοιογενής µε µικρή ρωγµάτωση ιδιαίτερα στα αντερείσµατα: Υψηλές αντοχές, υψηλό µέτρο παραµορφωσιµότητας Οικονοµία σκυροδέµατος σε σχέση µε τα φράγµατα βαρύτητος 50-85% Περιπτώσεις φραγµάτων τοξωτών - βαρύτητος

16 ΘΕΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΤΟΞΩΤΑ ΦΡΑΓΜΑΤΑ Μικρή ευαισθησία σε υποπιέσεις (προσοχή όµως µη συνδυαστεί η θεµελίωση του φράγµατος µε σφήνες βραχόµαζας που µπορούν να εκτιναχθούν από υποπιέσεις. Βλέπε καταστροφή Malpasset) Περιορισµοί γεωµορφολογικοί: - ύψος φράγµατος προς µήκος στέψης >1:5 - - ασυµµετρία κοιλάδας: σηµαντική επίδραση

17 ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΤΟΞΩΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ (τρόπος λειτουργίας τοξωτού φράγµατος)

18 ΦΡΑΓΜΑ ΠΛΑΣΤΗΡΑ, ΥΨΟΣ 83m

19 ΘΕΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ Ευαίσθητα σε καθιζήσεις, διαφορικές καθιζήσεις: Βραχόµαζα καλής ποιότητας, οµοιογενής Ευαίσθητα σε υποπιέσεις: Μεγάλη φροντίδα στη στεγανή κουρτίνα και στην αποστράγγιση της θεµελίωσης Μορφολογία κοιλάδος σχεδόν χωρίς επίδραση στην επιλογή

20 ΘΕΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΕΥΚΑΜΠΤΑ ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΧΩΜΑΤΙΝΑ ή ΛΙΘΟΡΡΙΠΤΑ Κατάλληλα και για φτωχή βραχόµαζα ή σε θέσεις µε έντονη ετερογένεια. Ευαίσθητα σε εσωτερικές διαβρώσεις Προσεκτική επιλογή στην επιλογή του υπερχειλιστή, στα πρανή δίπλα από το φράγµα (περιπτώσεις υπερχειλιστού σε σήραγγα αν τα πρανή είναι ασταθή) Τοπογραφία: ύψος φράγµατος προς µήκος στέψης > 1:2

21 ΘΕΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΕΥΚΑΜΠΤΑ ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΧΩΜΑΤΙΝΑ ή ΛΙΘΟΡΡΙΠΤΑ Θέµατα ποικιλίας και καταλληλότητας υλικών κατασκευής από το άµεσο περιβάλλον του έργου: αδιαπέρατο υλικό για τον πυρήνα του φράγµατος: αργιλικά εδαφικά υλικά, υλικά για τα σώµατα στηρίξεως του πυρήνα (κελύφη: αµµοχάλικα ποταµού ή λιθορριπή από λατοµείο) και υλικά φίλτρων και στραγγιστηρίων (διαβαθµισµένα αµµοχάλικα)

22 Φράγµα Ιλαρίωνα, Αλιάκµονας 2005 Σώµα στήριξης Φίλτρο - στραγγιστήρι Φίλτρο - στραγγιστήρι Βραχόµαζα θεµελίωσης: φυλλιτικοί σχιστόλιθοι Αργιλικός πυρήνας

23 Κατασκευή Φράγµατος Γαδουρά, Ρόδος 2004 Σώµα στήριξης Σώµα στήριξης Φίλτρο Στραγγιστήρι Αργιλικός πυρήνας Φίλτρο

24 ΦΡΑΓΜΑ ΜΕΣΟΧΩΡΑΣ ΛΙΘΟΡΡΙΠΤΟ ΜΕ ΑΝΑΝΤΗ ΠΛΑΚΑ ΑΠΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ

25 ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΣ ΚΡΙΤΗΡΙΟ: Η ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΣΤΗΝ ΦΟΡΤΙΣΗ ΑΠΟ ΤΟ ΦΡΑΓΜΑ ΠΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΖΕΤΑΙ ΑΠΟ ΤΟ ΜΕΤΡΟ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΙΜΟΤΗΤΑΣ Ε Τ Β Χ Καλή βραχόµαζα: Ε>10GPa Ικανοποιητική βραχόµαζα: 5GPa<E<10GPa Μέτρια βραχόµαζα: Ε<5GPa Φτωχή βραχόµαζα: Ε<1GPa Το διάγραµµα είναι εντελώς ενδεικτικό ως προς τις απαιτήσεις του τύπου του φράγµατος στην τιµή του µέτρου παραµορφωσιµότητας, E. Επιπλέον υπάρχουν και άλλοι παράγοντες που ελέγχουν την επιλογή, όπως η µορφολογία και η σεισµικότητα Τ: Τοξωτό φράγµα, Β: φράγµα Βαρύτητας, Χ: Χωµάτινο ή λιθόρριπτο φράγµα

26 ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΓΙΑ ΦΡΑΓΜΑ ΥΨΟΥΣ 100 ΜΕΤΡΩΝ ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΤΑΣΕΙΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΓΙΑ ΦΡΑΓΜΑΤΑ ΥΨΟΥΣ 100 m Τύπος Φράγµατος Θεωρητική µέγιστη τάση (MPα) Χωµάτινο λιθόρριπτο Βαρύτητος Αντηριδωτό Τοξωτό

27 ΑΙΤΙΕΣ ΠΟΥ ΣΥΝΕΒΑΛΑΝ ΣΕ ΑΣΤΟΧΙΕΣ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ Ολίσθηση Υποπιέσεις Σεισµοί Μετακίνηση ή ερπυσµός σε ρήγµα Εσωτερική διάβρωση Εξασθένηση της θεµελίωσης από διαβροχή αποσάθρωση Αστάθεια πρανών στα αντερείσµατα Υπερβολική παραµόρφωση της θεµελίωσης Υπερβολική παραµόρφωση του φράγµατος Διάβρωση υποσκαφή από πληµµύρα Κατολισθήσεις µέσα στον ταµιευτήρα

28 ΑΣΤΟΧΙΕΣ Η πλειοψηφία σε µικρά φράγµατα (σε απόλυτο µέγεθος όχι σε ποσοστά) Οι περισσότερες αστοχίες κυρίως µέσα στα 10 πρώτα χρόνια από την κατασκευή και κυρίως τον πρώτο Τα προβλήµατα θεµελίωσης είναι οι πλέον συνήθεις αιτίες σε φράγµατα από σκυρόδεµα: - εσωτερική διάβρωση (21%) - ανεπαρκής αντοχή (21%) Στα χωµάτινα/λιθόρριπτα στρώµατα οι κύριες αιτίες είναι: - υπερπήδηση 31% - εσωτερική διάβρωση στο στόµιο 15% - εσωτερική διάβρωση στην θεµελίωση 12% (Από ICOLD, 1995)

29 Υπερχείλιση πάνω από το φράγµα και απόπλυση του υλικού Διασωλήνωση και εσωτερική διάβρωση στο σώµα του φράγµατος ή το έδαφος θεµελίωσης (ο ρόλος των φίλτρων) Καθίζηση θεµελίωσης και εσωτερική ρωγµάτωση στον πυρήνα Αστάθεια στο κατάντη κέλυφος (θέµα αντοχής των γεωυλικών. Επίσης και ελέγχου της πίεσης του νερού των πόρων µέσα στο κέλυφος πάλι θέµα φίλτρων) Αστάθεια ανάντη κελύφους ύστερα από γρήγορη ταπείνωση της στάθµης Θραύση θεµελίωσης λόγω παρουσίας ασθενών στρωµάτων

30 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΤΥΠΟΙ ΑΣΤΟΧΙΩΝ ΣΕ ΧΩΜΑΤΙΝΑ ή ΛΙΘΟΡΡΙΠΤΑ ΦΡΑΓΜΑΤΑ

36 ΤΟ ΘΕΜΑ ΤΗΣ ΡΟΗΣ ΝΕΡΟΥ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΦΡΑΓΜΑ Απώλειες νερού (Διαφυγές) (Σε µεγάλης περατότητας πετρώµατα) Ανάπτυξη υποπιέσεων (και σε πετρώµατα µικρής περατότητας) Διάβρωση πετρώµατος θεµελίωσης (αν είναι διαβρώσιµο)

37 Στεγανότητα Φραγµάτων και Ταµιευτήρων ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΣΤΗ ΘΕΣΗ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Πέτρωµα θεµελίωσης αδιαπέρατο Πέτρωµα θεµελίωση περατό ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ Διαφυγές µέσω εδαφικών καλυµµάτων Διαφυγές µέσω βραχώδους υποβάθρου

38 Στεγανότητα Φραγµάτων και Ταµιευτήρων ΓΕΝΙΚΑ Διαφυγές: Εκτίµηση από τον νόµο του Darcy Q=k*A*i Κυρίαρχος ο ρόλος της γεωλογίας k: από το γεωυλογικό υλικό (βρίσκεται από τυποποιηµένες δοκιµές Α: από τη γεωµετρία του γεωλογικού υλικού. Βρίσκεται από ανάλυση τοπογραφία-γεωλογικών χαρτών (στρωµατογραφία τεκτονική δοµή) i=δη/l : Υπόγεια υδραυλική

39 Θέµατα οικονοµίας των διαφυγών φράγµατος Περιπτώσεις όπου ελεγχόµενες διαφυγές είναι δυνατόν να επιτρέπονται: Όταν υπάρχει περίσσεια υδατικών αποθεµάτων Στα ηµερήσιας αναρρύθµισης φράγµατα Σε οµαλής διανοµής απορροή στον υδρολογικό κύκλο Σε αντιπληµµυρικούς ταµιευτήρες

40

41 Θέµατα οικονοµίας των διαφυγών φράγµατος Μη ελεγχόµενες διαφυγές: Σοβαροί κίνδυνοι για το φράγµα I. Εσωτερική διάβρωση: Διασωληνώσεις µεταφορά σωµατιδίων του γεωλογικού υλικού προς µη προστατευόµενες εξόδους...άρα...καθιζήσεις τµηµάτων του ταµιευτήρα ή του φράγµατος. II. Κορεσµός της βραχόµαζας και ανύψωση της πιεζοµετρικής στάθµης υπογείου νερού...άυξηση τάσεως πόρων...αστάθεια στα πρανή.

42 Θέµατα στεγανότητας φράγµατος

43 Θέµατα στεγανότητας φράγµατος Κριτήρια για τη στεγανοποίηση: Οµοιογένεια στην περατότητα: Χρήση δικτύων ροής (k). Ανοµοιογένεια: ασυνέχεια στην περατότητα: κριτήριο Lugeon ή άλλα.

44 ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΘΕΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ Δοκιµή Περατότητας Lugeon Μετριέται η απορροφούµενη ποσότητα νερού σε συνάρτηση µε το χρόνο, στο εισπιεζόµενο τµήµα, µήκους 3m έως 5m, µε διάφορες βαθµίδες πιέσεως, που εφαρµόζονται αρχικά µε αύξουσα σειρά και στη συνέχεια µε φθίνουσα. Συνιστάται σε βραχώδεις σχηµατισµούς. Δοµική σταθερού φορτίου Lefranc Μετράται η παροχή του νερού σε συνάρτηση µε τον χρόνο που διοχετεύεται στη γεώτρηση ώστε η στάθµη του νερού µέσα στη σωλήνωση της επένδυσης της γεώτρησης να είναι σταθερή. Συνιστάται σε εδάφη καλής περατότητας. Δοµική πίπτοντος φορτίου Maag Μετριέται η πτώση της στάθµης µέσα στη σωληνωµένη γεώτρηση (µε ασωλήνωτο ένα κάτω τµήµα αυτής, το οποίο αποτελεί και το δοκιµαζόµενο τµήµα) σε συνάρτηση µε το χρόνο. Συνιστάται σε εδάφη µικρής περατότητας.

45 ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΘΕΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ Δοκιµή Περατότητας µε παρέµβυσµα (Packer) Lugeon (Χρησιµοποιείται σχεδόν αποκλειστικά στα φράγµατα αφού γίνεται σχεδόν πάντα σε βράχο) 1 Lugeon (U.L.) = απορρόφηση 1 lit/1min1m γεώτρησης σε 10 min δοκιµής και µε 10bar πίεσης (1 Lugeon = 10-7 m/sec)

46 ΕΠΙΤΡΕΠΤΕΣ ΤΙΜΕΣ ΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΥΠΕΔΑΦΟΥΣ ΣΤΗ ΘΕΣΗ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Το υπέδαφος θεωρείται στεγανό, όταν από τις επιτόπου δοκιµές προκύψουν τιµές διαπερατότητας: ΥΨΟΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ (m) ΜΟΝΑΔΕΣ LUGEON (UL) <30 <3 >30 <1-2

47 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ LUGEON Οι στάθµες του υπόγειου νερού στις γεωτρήσεις ήταν οι εξής (σε βάθος από την επιφάνεια): Γ1: 15m, Γ2: 4m, Γ3: 11m, Γ4: 35m, Γ5: 12m.

48

49

50

51

52 ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΘΕΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Περίπτωση 1 η : Πέτρωµα Θεµελίωσης Αδιαπέρατο (γενικώς) Σηνήθης ρωγµάτωση επιφανειακού τµήµατος (κρυσταλλικά, συµπαγή πετρώµατα) Συνήθης επιφανειακή ζώνη χαλάρωσηςαποσάθρωσης (αποσαθρούµενα πετρώµατα, πρόσφατες ιζηµατογενείς σειρές) Ποιό είναι το βάθος της ρωγµάτωσης (ποιό χαλαρή και ανοικτή δοµή) Μείωση του k µε το βάθος Γεωµετρία της στεγανής κουρτίνας: ακολουθεί περίπου την τοπογραφία.

53 ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΘΕΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Περίπτωση 2 η : Πέτρωµα Θεµελίωσης Περατό a. Έντονη γενική ρωγµάτωση χαλάρωση αποσάθρωση Υπόγεια κουρτίνα: Έρευνα της - σε βάθος εξέλιξης και αναζήτησης της γεωµετρίας της γραµµής παραδεκτών τιµών Lugeon

54 ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΘΕΣΗΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ Περίπτωση 2 η : Πέτρωµα Θεµελίωσης Περατό β. Εκλεκτική έντονη ρωγµάτωση προνοµιακοί αγωγοί Ρηγµάτων Επιφανειών επωθήσεων Εκλεκτικής καρστικοποίησης κροκαλοπαγών ψαµµιτών Λάβας

55 ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ Περίπτωση 1 η : Διαφυγέσ µέσω αλλουβίων, κορηµάτων και µοραίνων

56 ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑ ΤΑΜΙΕΥΤΗΡΑ Περίπτωση 2 η : Διαφυγέσ µέσω του βραχώδουσ υπόβαθρου

57 1. Εκτίµηση Διαφυγών: Q = A*K*(Δh/L) 2. Υποπιέσεις (αν m=0,75h): S = (0,75h)(h)/2 = 0,37h 2

58 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΥΠΟΠΙΕΣΕΩΝ ΜΕ ΚΟΥΡΤΙΝΑ ΤΣΙΜΕΝΤΕΝΕΣΕΩΝ Q = A*K*(Δh/l) l πολύ µεγαλύτερο του L (l µήκος διαδροµής παράκαµψης της κουρτίνας)

59 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΥΠΟΠΙΕΣΕΩΝ ΜΕ ΕΡΓΑ ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗΣ Q = A*K*(Δh/l) l πολύ µεγαλύτερο του L (l µήκος διαδροµής παράκαµψης της κουρτίνας)

60 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΥΠΟΠΙΕΣΕΩΝ ΜΕ ΚΟΥΡΤΙΝΑ ΤΣΙΜΕΝΤΕΝΕΣΕΩΝ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ΦΡΑΓΜΑ AVENE (ΓΑΛΛΙΑ) ΚΟΥΡΤΙΝΑ ΤΣΙΜΕΝΤΕΝΕΣΕΩΝ

61 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΥΠΟΠΙΕΣΕΩΝ ΜΕ ΕΡΓΑ ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΗΣ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ: ΦΡΑΓΜΑ AVENE (ΓΑΛΛΙΑ) ΔΙΚΤΥΟ ΑΠΟΣΤΡΑΓΓΙΣΤΙΚΩΝ ΓΕΩΤΡΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΠΙΕΖΟΜΕΤΡΩΝ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ

62 Παράδειγµα Άσκησης Στο συνηµµένο σχήµα δίνεται ο τοπογραφικός χάρτης κοιλάδας ποταµού. µε βάση τοπογραφικά κριτήρια οι δυνατές θέσεις κατασκευής φράγµατος που σηµειώνονται στο χάρτη υψόµετρο ανώτατης στάθµης λίµνης 740m η περιοχή καλύπτεται από φλύσχη που αποτελείται από εναλλαγές στρωµάτων ψαµµίτη και αργιλικού σχιστόλιθου. Σε µια µόνο θέση αναπτύσσεται µέσα στο φλύσχη φακοειδής ένστρωση ασβεστόλιθου. Οι δοκιµές περατότητας σε γεωτρήσεις έδειξαν, όπως αναµένετο, ότι ο φλύσχης είναι στεγανός. Εξαίρεση αποτελούν τα ανώτερα, προς την επιφάνεια τµήµατά του όπου ο φλύσχης είναι χαλαρός σε πάχος που µπορεί να ξεπεράσει τα 40m. Μέσα στον ασβεστόλιθο δεν µπόρεσαν να γίνουν δοκιµές περατότητας. Ζητούµενα: Να αξιολογήσετε αιτιολογηµένα κατά σειρά τις 3 υποψήφιες θέσεις. Τι τύπος φράγµατος προσφέρεται να κατασκευασθεί;

63 ΑΣΚΗΣΗ Α

64

65

66

67 ΑΣΚΗΣΗ Α Στην πρώτη άσκηση προσοχή δίνεται στην επιλογή θέσης φράγµατος από γεωλογική οριζοντιογραφία. Θέµατα διαφυγών και καλύτερης ευστάθειας του φράγµατος. Επιλογή καταλληλότερου τύπου φράγµατος.

68 ΑΣΚΗΣΗ Α Σε ορεινή περιοχή προγραµµατίζεται η κατασκευή φράγµατος ύψους 28m µε υψόµετρο στέψης στα 1410m. Στη διάρκεια της Προµελέτης και πριν αρχίσει ο σχεδιασµός του έργου σας δόθηκαν τα αποτελέσµατα της γεωλογικής µελέτης που έγινε στην περιοχή, δηλαδή: i. Ο γεωλογικός χάρτης της περιοχής, όπου έχουν σηµειωθεί επίσης οι πηγές που υπάρχουν εκεί (συνηµµένο σχέδιο). Διευκρινίζεται ότι το πάχος των χαλαρών προσχώσεων είναι περί τα 2-3m. ii. Τα αποτελέσµατα των γεωτρήσεων που έγιναν τόσο στη θέση του φράγµατος όσο και στην ευρεία περιοχή της λεκάνης του ταµιευτήρα.

69 ΑΣΚΗΣΗ Α Οι γεωτρήσεις στη θέση του άξονα του φράγµατος έδειξαν την παρουσία φλύσχη µε την εξής εξέλιξη της περατότητας µε το βάθος, βάσει των δοκιµών τύπου Lugeon που έγιναν σε αυτές: Βάθος 2-5m: απορρόφηση 180 λίτρων στη διάρκεια της δοκιµής (10 λεπτά) και υπό πίεση 10bar Βάθος 7-10m: απορρόφηση 180 λίτρων, όπως παραπάνω Βάθος 12-15m: απορρόφηση 60 λίτρων, όπως παραπάνω Οι γεωτρήσεις στην λεκάνη, Λ 1 και Λ 2, σε υψόµετρο 1500m και 1550m αντίστοιχα, που έγιναν µόλις τελείωσε η χειµερινή περίοδος, διέτρησαν ασβεστολίθους καρστικούς. Η στάθµη του υπόγειου νερού µετρήθηκε µέσα σε αυτές µόλις τελείωσε η κατασκευή τους και βρέθηκε σε βάθος 85m στη Λ 1 και 160m στη Λ 2.

70 ΑΣΚΗΣΗ Α ΖΗΤΟΥΜΕΝΑ: 1.Επιλέξατε, µε αιτιολόγηση, τον πιο κατάλληλο τύπο φράγµατος που προσφέρεται στην εδώ περίπτωση. 2.Που οφείλεται η µεγαλύτερη απορρόφηση στις δοκιµές Lugeon, στα ανώτερα τµήµατα του φλύσχη; 3.Μέχρι πιο, περίπου, βάθος θα πρέπει να φτάσει το υπόγειο στεγανό διάφραγµα; 4.Διευκρινήστε, µε πλήρη αιτιολόγηση, για κάθε σχηµατισµό που θα κατακλυσθεί, τις συνθήκες στεγανότητας του ταµιευτήρα λαβάνοντας υπόψη την παρουσία των πηγών όπως αυτές εµφανίζονται στον χάρτη. Σηµείωση: Η άσκηση αντιστοιχεί σε πραγµατική περίπτωση µε ορισµένες απλουστεύσεις (φράγµα Αχυρών Αιτωλοακαρνανίας)

71

72 ΑΣΚΗΣΗ Β Στην δεύτερη άσκηση γίνεται λεπτοµερέστερη γεωλογική αξιολόγηση στην επιλογή θέσης φράγµατος. Αυτό επιτυγχάνεται µε την κατασκευή τοµής από γεωτρήσεις και τον εντοπισµό γεωλογικής επικινδυνότητας (διαφυγές, φέρουσας ικανότητας, ευστάθειας πρανών, ενεργότητα ρηγµάτων κλπ.). Τέλος η άσκηση σκοπεύει και στις προτάσεις για περαιτέρω έρευνα στη επιλεχθείσα θέση.

73 Στη θέση που σας δίνεται (Σχήµα 2) σχεδιάζεται να κατασκευαστεί φράγµα. Ορισµένοι τεχνικογεωλογικοί προβληµατισµοί που τίθενται στο πρώτο στάδιο της µελέτης είναι: i.γεωλογικό µοντέλο της περιοχής µελέτης. ii.στεγανότητα της θέσης. Βάθος και έκταση στεγανού διαφράγµατος. iii.ταξινόµηση βραχόµαζας iv.θέµατα θεµελίωσης και ευστάθειας αντερεισµάτων Κατά τη γεωλογική αναγνώριση και την έρευνα πεδίου (3 γεωτρήσεις, εργαστηριακές δοκιµές, ταξινοµήσεις) της περιοχής έγιναν γνωστά τα παρακάτω: Η περιοχή αποτελείται από δύο πετρώµατα: Ασβεστόλιθους και Ιλυόλιθους. Οι ιλυόλιθοι είναι αρχαιότεροι σχηµατισµοί των ασβεστολίθων. Μέρος των ασβεστολίθων φαίνεται στην επιφάνεια του εδάφους στα δύο αντερείσµατα, όπου ήταν δυνατή και η µέτρηση της κλίσης του. Η υπόλοιπη επιφάνεια καλύπτεται από βλάστηση και κορήµατα.

74 Τα στρώµατα είναι σύµφωνα µεταξύ τους ενώ οι επαφές, κανονικές ή τεκτονικές, διατηρούν σταθερή την κλίση τους σε όλη την περιοχή ενδιαφέροντος. Η συνέχεια των πετρωµάτων διακόπτεται από ένα ρήγµα (Ρ) του οποίου τα στοιχεία µετρήθηκαν σε ένα σηµείο. Τα στοιχεία του ρήγµατος είναι 15 ο /270 ο (κλίση/διεύθυνση κλίσης). Το ρήγµα έχει επίπεδη επιφάνεια σε όλη την περιοχή ενδιαφέροντος και κάθετη διεύθυνση προς την τοµή του σχήµατος 1. Από την εξέταση των 3 γεωτρήσεων που πραγµατοποιήθηκαν, διαπιστώθηκαν τα παρακάτω:

75 Γεώτρηση Από (Βάθος σε m) Έως (Βάθος σε m) Περιγραφή 0 30 Ασβεστόλιθος. Μέτρια κερµατισµένος (από τρία συστήµατα ασυνεχειών) ενώ οι ασυνέχειές του είναι µέτρια αποσαθρωµένες. Γ Ζώνη ρήγµατος (Ρ). Έντονα διατµηµένοςφυλλοποιηµένος ιλυόλιθος, κατά τόπου αργιλοποιηµένος µε µικρά θραύσµατα ασβεστολίθου Ιλυόλιθος. Πτυχωµένος, έντονα διαταραγµένος ιλυόλιθος ενώ οι ασυνέχειές του είναι µέτρια αποσαθρωµένες έως λείες. Γ Ιλυόλιθος. Πτυχωµένος, έντονα διαταραγµένος ιλυόλιθος ενώ οι ασυνέχειές του είναι µέτρια αποσαθρωµένες έως λείες. Γ Ιλυόλιθος. Πτυχωµένος, έντονα διαταραγµένος ιλυόλιθος ενώ οι ασυνέχειές του είναι µέτρια αποσαθρωµένες έως λείες.

76 Για τον έλεγχο της περατότητας των σχηµατισµών στο βάθος έγιναν δοκιµές τύπου Lugeon. Οι δοκιµές διήρκησαν 10 λεπτά και έγιναν υπό πίεση 10bar. Οι απορροφήσεις σε lt δίνονται στον παρακάτω πίνακα: Γεώτρηση Από (Βάθος σε m) Έως (Βάθος σε m) Απορρόφηση (lt) Γ1 Γ2 Γ

77 Το βάθος της στάθµης του υδροφόρου ορίζοντα στις τρεις γεωτρήσεις µετρήθηκε: Γ1: 16m, Γ2: 12m, Γ3: 10m. Σηµειώνεται ότι αντίστοιχες στάθµες έχουν βρεθεί και στα δύο πετρώµατα σε άλλες γεωτρήσεις της περιοχής. Για την ταξινόµηση των βραχοµαζών στις δύο διαφορετικές πλαγιές, µε το σύστηµα GSI, ελήφθησαν στοιχεία από τις γεωτρήσεις. Από την εκτέλεση εργαστηριακών δοκιµών σε δείγµατα που λήφθηκαν από τις γεωτρήσεις, µετρήθηκε ότι η µονοαξονική αντοχή του άρρηκτου πετρώµατος του ασβεστολίθου είναι 60MPa ενώ του υγιούς ιλυολίθου 20MPa. Λόγω της αδυναµίας εκτέλεσης δοκιµής στον διατµηµένο και αργιλοποιηµένο ιλυόλιθο εκτιµήθηκε ότι η αντοχή του άρρηκτου υλικού του ισοδυναµεί µε το 30% του υγιούς ιλυολίθου. Για τον υπολογισµό του µέτρου παραµορφωσιµότητας χρησιµοποιείστε τη σχέση των Hoek et al. (2002). Να ληφθεί η τιµή D για βραχόµαζα χωρίς διαταραχή κατά την εκσκαφή της (D=0). E m ( GPa) = (1 D ) 2 σ ci ( MPa) ( GSI 10) / 40

78 ΖΗΤΟΥΜΕΝΑ: 1. Σχεδιάστε το γεωλογικό µοντέλο της περιοχής (λιθολογία-γεωµετρία στρωµάτων-στοιχεία τεκτονικής καταπόνησης-υδροφόρος ορίζοντας). 2.Σχολιάστε την περατότητα των σχηµατισµών µε βάση τη στάθµη του υδροφόρου ορίζοντα. Στη συνέχεια σχεδιάστε πάνω στην τοµή, το βάθος και την έκταση του στεγανού διαφράγµατος που ενδεχοµένως θα απαιτηθεί. Είναι περατή η ζώνη του ρήγµατος; 3.Αφού εκτιµήσετε τις τιµές του GSI για κάθε τύπο-ποιότητα βραχόµαζας, σχολιάστε τη θεµελίωση του φράγµατος, σύµφωνα µε την παραµορφωσιµότητά τους. Ποιος ο πιθανότερος µηχανισµός αστοχίας στα δύο αντερείσµατα του φράγµατος. Η απάντησή σας πρέπει να είναι πλήρως αιτιολογηµένη

79

80 Βιβλιογραφία Άσκησης 1. Lessons from Dam Incidents, International Commission on Large Dams, Paris, Leonards, G.A. (Editor) Dam failures. Engineering Geology, Vol 24, Leonards, G.A., 1982, 1984 Investigation of Failures, 16 th Terzagui Lecture. Proc. ASCE, GT2, February 1982 ( and corresponding discussions in Vol. 110, No.1, Jan 1984, pp and ). 4. Serafim, J.L., Lessons from experience and research on the safety of dams, 2 nd Int. ICOSSAR, Munich, Serafim, J.L., 1981b. Safety of dams judged from failures. Water Power Dam Constr. 6. Wittke, W. Erichsen, C. and Kleinschnittger, M., Influence of seepage and uplift forces on stresses in the rock foundation of arch dams. Proc. 5 th Int. Conf. Numerical Methods in Geomechanics, Vol. 4, Nagoya. 7. Ελληνική Επιτροπή Τεχνικής Γεωλογίας «Γεωλογία και Φράγµατα, εµπειρίες από τον ελληνικό χώρο».επιµέλεια Παύλος Γ. Μαρίνος, καθηγητής Ε.Μ.Π. Αθήνα Δ. Λιάκουρης, Η γεωλογία και τα φράγµατα της ΔΕΗ. 9. Μαρίνος Π. Τσιαµπάος Γ. Μαρίνος Β. (2009) Σηµειώσεις εκπαιδευτικής εκδροµής Πολιτικών Μηχανικών, ΕΜΠ. Έκδοση Γεωτεχνικού Τοµέα Σχολής Πλοιτικών Μηχανικών ΕΜΠ 10. Μαρίνος Π. Τσιαµπάος Γ. (2009) Παρουσιάσεις «Τεχνικής Γεωλογίας» τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών, ΕΜΠ. Έκδοση Γεωτεχνικού Τοµέα Σχολής Πολιτικών Μηχανικών ΕΜΠ.