ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΜΑΡΓΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΡΕΙΑ ΠΕΡΙΟΧΗ ΚΥΜΗΣ ΚΑΙ Η ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΣΤΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΟΥΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΑΘΗΝΑ, ΜΑΪΟΣ 2013 ΙΩΑΝΝΑ ΗΛΙΑ ΓΕΩΛΟΓΟΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ M.SC. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ PH.D ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

2 Αντικείμενο Σκοπός - Πρωτοτυπία Αντικείμενο διερεύνηση των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών των μαργών κατανόηση της συμπεριφοράς στο φυσικό και τεχνικό περιβάλλον Σκοπός ανάδειξη της ιδιόμορφης τεχνικογεωλογικής συμπεριφοράς των νεογενών ιζημάτων της Κύμης δημιουργία μεθοδολογικής προσέγγισης για την αντιμετώπιση των κατολισθητικών φαινομένων που καταγράφονται στην περιοχή Πρωτοτυπία Α. διενεργηθείσα ερευνητική εργασία (τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση διάκριση μαργαϊκών σχηματισμών) Β. διαμόρφωση πρωτότυπης σκέψης για την αποτίμηση του κατολισθητικού κινδύνου με τη δημιουργία κατάλληλα διαβαθμισμένου χάρτη διακινδύνευσης

3 Μεθοδολογική προσέγγιση Α ΕΠΙΠΕΔΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ συλλογή και ανασκόπηση βιβλιογραφικών δεδομένων συγκέντρωση στοιχείων από Δημόσιες Υπηρεσίες Β ΕΠΙΠΕΔΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ εργασίες υπαίθρου εργαστηριακές δοκιμές Γ ΕΠΙΠΕΔΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ διεργασίες χωρικής ανάλυσης χάρτης κατολισθητικής επιδεκτικότητας με τη μεθόδου WofE Δ ΕΠΙΠΕΔΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ διαμορφώθηκαν σενάρια διαχείρισης κινδύνου με τη δημιουργία χάρτη κατολισθητικής διακινδύνευσης μέτρα πρόληψης και αντιμετώπισης των προβλημάτων

4 Γεωλογικά τεκτονικά χαρακτηριστικά Γεωλογικά χαρακτηριστικά Ενότητα της Κεντρικής Βόρειας Εύβοιας κροκαλοπαγή, ψαμμίτες, άργιλοι λεπτομερή ιζήματα κροκαλοπαγές βάσης Τεταρτογενείς αποθέσεις Νεογενείς αποθέσεις Ηφαιστειακά πετρώματα Σχηματισμοί φλύσχης Υπερβασικά πετρώματα Λατερικά πετρώματα Ανθρακικοί σχηματισμοί Μεταμορφωμένα πετρώματα Πυριγενή Παλαιοζωϊκό υπόβαθρο εν μέρει μεταμορφωμένο Μεσοζωϊκη σειρά στην οποία παρεμβάλλονται τεκτονικά μάζες οφιολιθικών πετρωμάτων

5 Τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση Τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση τεχνικογεωλογικές συνθήκες τεχνικογεωλογικός χάρτης κλ. 1: περιγράφονται βασικές πτυχές τεχνικογεωλογικού περιβάλλοντος όπως απορρέουν από τη γεωμορφολογική εξέλιξη και τους φυσικομηχανικούς χαρακτήρες Αλλουβιακές αποθέσεις Ποτάμιες αναβαθμίδες Σύγχρονοι κώνοι κορημάτων Σύγχρονα πλευρικά κορήματα Διλουβιακές αποθέσεις Κροκαλοπαγή, ψαμμίτες, άργιλοι Κιτρινόφαιες μάργες Κυανότεφρες μάργες Ενδιαστρώσεις κροκαλοπαγών Κροκαλοπαγές βάσης Δακίτες Ανδεσίτες Τόφοι βιοτιτικού Δακίτη Φλυσχοειδείς σχηματισμοί Περιδοτίτες-Λατερίτες Ασβεστόλιθοι Λιθολογικές ενότητες Φυλλίτες Σχιστόλιθοι Γρανίτες

6 Τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση τεχνικογεωλογικές συνθήκες Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά μαργών Ενότητα κροκαλοπαγών, ψαμμιτών και αργίλων ανώτεροι ορίζοντες νεογενών ιζημάτων εναλλασσόμενες διαστρώσεις κροκαλοπαγών και αργιλούχων μαργών καταλαμβάνουν το ΝΑ τμήμα μέτρια συνεκτικότητα, η οποία εξασθενεί με τη δράση του νερού η υδροφορία εκφορτίζεται στην επαφή αυτών με τα υποκείμενα μαργαϊκά στρώματα με τη μορφή μικροπηγών

7 Τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση τεχνικογεωλογικές συνθήκες Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά μαργών Κιτρινότεφρες έως τεφρές μάργες είναι κυρίως ασβεστιτικές με διαστρώσεις μαργαϊκών ασβεστολίθων και παρεμβολές λεπτών διαστρώσεων τεφρής αργίλου πάχος τοπικά σημαντικό - δημιουργία αρτεσιανών υδροφόρων ημισυνεκτικοί σχηματισμοί σε ξηρή κατάσταση έχουν καλή γεωμηχανική συμπεριφορά η οποία υποβαθμίζεται με τη διαβροχή στους ανώτερους ορίζοντες οι κιτρινότεφρες μάργες είναι ελαφρά πτυχωμένες και σχιστοποιημένες βαθύτερα στις τεφρές παρατηρείται έντονη πτύχωση και διάρρηξη με αποτέλεσμα τη σχιστοποιημένη ζώνη διατάραξης

8 Τεχνικογεωλογική χαρτογράφηση τεχνικογεωλογικές συνθήκες Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά μαργών Κυανότεφρες μάργες εμφανίζονται υποκείμενες των κιτρινότεφρων μαργών και διαφοροποιούνται από χρώμα και την πλαστική συμπεριφορά ζώνη αποσάθρωσης με υποβαθμισμένα γεωμηχανικά χαρακτηριστικά ανώτεροι ορίζοντες - λευκότεφρη μάργα συμπαγής και ανθρακομιγής - τεφεκές στους αργιλομαργαϊκούς ορίζοντες - κοιτάσματα λιγνίτη πρακτικά στεγανός σχηματισμός με παρουσία επικρεμάμενων υδροφόρων οριζόντων η διαφορά στην υδροπερατότητα με τις υπερκείμενες μάργες, αποτελεί καθοριστικό παράγοντα εκδήλωσης αστοχιών πρανών

9 Εργαστηριακές έρευνες Δειγματοληψία γεωλογικές γεωτεχνικές συνθήκες ορυκτολογική σύσταση φυσικομηχανικά χαρακτηριστικά επιφανειακά μέτωπα πρανών τα οποία είχαν την μορφή ορθογώνιου μπλοκ πυρήνες γεωτρήσεων που παραχωρήθηκαν από τη Διεύθυνση Τεχνικών Υπηρεσιών της ΝΑΕ πυρήνες δειγματοληπτικών γεωτρήσεων που έγιναν σε επιλεγμένες θέσεις

10 Εργαστηριακές έρευνες Εργαστηριακές δοκιμές Ορυκτολογικά και πετρογραφικά χαρακτηριστικά πολωτικό ή οπτικό μικροσκόπιο (ΟΜ) ημιποσοτική ανάλυση περιθλασιμετρία ακτίνων-χ (XRD) διαφορική θερμική (DTA) και θερμοβαρυτομετρική (TG/DTG) ανάλυση Φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά όρια Atterberg (LL, PL, PI) κοκκομετρική ανάλυση (ASTM) φυσική υγρασία κατάταξη εδαφών (USCS) δείκτης διαβρωσιμότητας (Id2) δοκιμή μονοδιάστατης στερεοποίησης δοκιμή άμεσης διάτμησης δοκιμή τριαξονικής φόρτισης uniaxial Compressive Strength point Load Is(50) brazilian test

11 Εργαστηριακές έρευνες Ορυκτολογική ανάλυση Κιτρινότεφρες έως τεφρές μάργες υψηλό ποσοστό ανθρακικών ορυκτών (40%-85%) από τα ανθρακικά : ασβεστίτης, δολομίτης και σε μερικά δείγματα αραγωνίτης από τα αργιλικά ορυκτά : ιλλίτης-μοσχοβίτης, καολινίτης, χλωρίτης και μοντμοριλονίτης παρουσία οργανικών, οξειδίων του σιδήρου και αδιαφανών ορυκτών 1.5mm 1.5mm 0.4mm 0.5mm

12 Εργαστηριακές έρευνες Ορυκτολογική ανάλυση Λευκότεφρες έως μελανότεφρες μάργες μικρότερο ποσοστό ανθρακικών ορυκτών (15%-45%) από τα ανθρακικά ορυκτά : ασβεστίτης και δολομίτης από τα αργιλικά ορυκτά : ιλλίτης-μοσχοβίτης, καολινίτης, χλωρίτης και μοντμοριλλονίτης από τα μη αργιλικά ορυκτά : χαλαζίας και άστριοι παρουσία μεταλλικών ορυκτών και οργανικών 0.4mm 0.2mm 0.1mm 0.2mm

13 Όριο υδαρότητας LL (%) Δείκτης πλαστικότητας PI(%) Κιτρινόφαιες και τεφρές- Ποσοστό διερχομένων % Λευκότεφρες και μελανότεφρες Εργαστηριακές έρευνες Φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά ,001 0,010 0,100 1,000 10, ,000 Άργιλος Ιλύς Άμμος Χαλίκια Διάμετρος κόκκων, mm Κατώτερη ενότητα Ανώτερη ενότητα Σχέση δείκτη πλαστικότητας PI (%) και αργιλικού κλάσματος (%) (7,2 Na-mo) (1,5 Ca-mo) (0,9 il) ΓΣ3-1 ΓΣ8-3 ΓΣ9-2 ΓΣ9-3 ΓΣ4-1 ΓΣ7-1 ΓΣ8-1 ΓΣ8-2 ΓΣ9-1 ΓΚ1-1 ΓΚ2-1 ΓΚ2-3 ΓΚ3-1 ΓΚ1-2 ΓΚ1-3 ΓΚ1-4 ΓΚ2-2 ΓΚ4-2 ΓΚ4-3 ΓΚ4-4 ΓΚ4-6 ΓΚ5-1 ΓΚ5-2 ΓΚ5-3 (0,38 ka) Αργιλικό κλάσμα (%) GC, SC και CL CL, ML GH, GM και SC Κιτρινόφαιες μάργες Τεφρές - τεφροκίτρινες μάργες Λευκότεφρες μάργες Μελανότεφρες μάργες

14 Καταγραφή κατολισθητικών φαινομένων Κατολισθητικά προβλήματα Μετόχι Βίταλα Σουτσίνι Πλατάνα Π. Κύμης μεθοδολογική προσέγγιση για την αντιμετώπιση κατολισθητικών φαινομένων με σημαντικές ζημιές σε οικισμούς, δρόμους και τεχνικά έργα 132 κατολισθητικά συμβάντα βάση δεδομένων Στομίου Πλατάνας

15 Ανάλυση κατολισθητικής επιδεκτικότητας με τη μέθοδο Weight of Evidence Δημιουργία χάρτη Διακινδύνευσης μέτρα πρόληψης και θεραπείας Μοντέλο κατολισθητικής επιδεκτικότητας C= W + - W - L Sindex = n å j=1 C j WofE - Παράμετροι προγνωστικών μεταβλητών γεωλογία υψόμετρο μορφολογικές κλίσεις διεύθυνση μορφολογικών κλίσεων καμπυλότητα απόσταση από υδρογραφικό δίκτυο δείκτης τοπογραφικής υγρασίας απόσταση από τεκτονικά χαρακτηριστικά 8 προγνωστικές μεταβλητές συντελεστές βαρύτητας

16 Ανάλυση κατολισθητικής επιδεκτικότητας με τη μέθοδο Weight of Evidence Δημιουργία χάρτη Διακινδύνευσης μέτρα πρόληψης και θεραπείας Μοντέλο κατολισθητικής επιδεκτικότητας χωρική διάσταση του φαινομένου των κατολισθήσεων Μετόχι Βίταλα Ανδριωνιάνοι Κύμη Μαλετιάνοι Καλημεριάνοι Πύργος Ενορία Ταξιάρχης Πλατάνα Αν.Ποταμιά πολύ χαμηλής επιδεκτικότητας χαμηλής επιδεκτικότητας μέτριας επιδεκτικότητας υψηλής επιδεκτικότητας πολύ υψηλής επιδεκτικότητας Οξύλιθος

17 Ανάλυση κατολισθητικής επιδεκτικότητας με τη μέθοδο Weight of Evidence Δημιουργία χάρτη Διακινδύνευσης μέτρα πρόληψης και θεραπείας Δημιουργία χάρτη διακινδύνευσης μέτρα πρόληψης και θεραπείας Στοιχεία σε διακινδύνευση πληθυσμός οδικό δίκτυο χρήσεις γης αξιοποίηση της κατολισθητικής επιδεκτικότητας με συνεκτίμηση επιπτώσεων που έχει μια κατολίσθηση στο αστικό γεωπεριβάλλον στόχος η δημιουργία χάρτη κατολισθητικής διακινδύνευσης που δίνει πληροφορίες σχετικά με περιοχές άμεσης παρέμβασης αξιοποίηση της πληροφορίας από τοπικούς φορείς για ένταξη σε περιφερειακό σχεδιασμό

18 Ανάλυση κατολισθητικής επιδεκτικότητας με τη μέθοδο Weight of Evidence Δημιουργία χάρτη Διακινδύνευσης μέτρα πρόληψης και θεραπείας Δημιουργία χάρτη διακινδύνευσης μέτρα πρόληψης και θεραπείας βέβαιη η εκδήλωση νέας κατολίσθησης περιοχές άμεσης προτεραιότητας και παρέμβασης σε τοπικό ή περιφερειακό επίπεδο δύσκολη η οριστική επίλυση αναδίπλωση οικισμού Μετόχι Μετόχι Βίταλα Κύμη Μαλετιάνοι Μαλετιάνοι Βίταλα Ανδριωνιάνοι Ανδριωνιάνοι Πύργος Καλημεριάνοι Καλημεριάνοι Πύργος Ενορία Κύμη Ενορία διακοπή οικοδομικής δραστηριότητας χαμηλής διακινδύνευσης γεωλογική και γεωτεχνική μελέτη μέτριας διακινδύνευσης αποστράγγιση, αντιστήριξη και θεμελίωση υψηλής διακινδύνευσης τοποθέτηση ογκολίθων Πλατάνα Πλατάνα Αν.Ποταμιά Αν.Ποταμιά Ταξιάρχης Ταξιάρχης Οξύλιθος Οξύλιθος

19 Συζήτηση & Συμπεράσματα Διαχωρίστηκαν οι δύο ενότητες των μαργών οι ανώτερες κιτρινότεφρες τεφρές μάργες οι κατώτερες κυανότεφρες λευκότεφρες Προσδιορίστηκε η ορυκτολογική σύσταση των μαργών και τα φυσικομηχανικά χαρακτηριστικά τους Ορυκτολογική ανάλυση κιτρινότεφρες μάργες : ασβεστίτη, δολομίτη ή και αραγωνίτη, (40% έως 80%), χαλαχία, αστρίους (10%-30%), καολινίτη, ιλλίτης - μοσχοβίτη και μικτή φάση μοντμοριλλονίτη χλωρίτη σε ποσοστά (10% έως 40%) στα περισσότερα δείγματα ταυτοποιήθηκαν μεταλλικά ορυκτά και οξείδια σιδήρου μελανότεφρες μάργες : ασβεστίτη και δολομίτη (15% έως 45%), χαλαζία και αστρίους (40% έως 55%), καολινίτης ιλλίτηςμοσχοβίτηςκαι μικτή φάση μοντμοριλλονίτη χλωρίτη (15% έως 30%) στα περισσότερα δείγματα ταυτοποιήθηκαν μεταλλικά ορυκτά και οξείδια σιδήρου

20 Συζήτηση & Συμπεράσματα Κοκκομετρική ανάλυση κιτρινότεφρες μάργες : ασυνεχή διαβάθμιση, η οποία συνιστά έδαφος με πτωχή διαβάθμιση, στο οποίο δεν επαρκεί η ποσότητα λεπτομερούς κλάσματος για να πληρώσει τα κενά των μεγαλύτερων κόκκων με αποτέλεσμα μετά να έχει ανοιχτή πορώδη δομή και να είναι ευαίσθητο σε υδραυλικές υποσκαφές μελανότεφρες μάργες : Καλύτερη διαβάθμιση κόκκων και πιο σταθερό έδαφος Όρια Atterberg όριο υδαρότητας: εξαιρετικά υψηλές τιμές από άποψης κατολισθητικής επιδεκτικότητας 27.5% έως 52% κανονική έως υψηλή ενεργότητα κατά Skempton Τάση συσσωμάτωσης παρουσία μικριτικού ασβεστιτικού συγκολητικού υλικού, στα οξείδια σιδήρου, στο οργανικό υλικό και στα αδιαφανή ορυκτά Αντοχή σε μοναξονική θλίψη οι συνεκτικές μάργες της Κατώτερης ενότητας παρουσιάζουν μεγαλύτερες τιμές αντοχής σε μοναξονική θλίψη σε σχέση με αυτές της Ανώτερης ενότητας

21 Συμπεράσματα από την εφαρμογή του μοντέλου κατολισθητικής επιδεκτικότητας 132 κατολισθητικά συμβάντα Συζήτηση & Συμπεράσματα : καταγραφή, περιγραφή των εργασιών υπαίθρου που αφορούν στην εκδήλωση κατολισθήσεων που έχουν προκαλέσει σημαντικές ζημιές σε οικισμούς, γραμμικά έργα κ.α., στα οποία προτείνονται μέτρα θεραπείας και αποκατάστασης Η πλειονότητα των κατολισθητικών φαινομένων εντοπίζεται στους σχηματισμούς της ενότητας των κιτρινόφαιων μαργών (ακολουθούν οι κυανότεφρες) σε υψόμετρα 0-220m κατηγορία μορφολογικών κλίσεων κατηγορίας διεύθυνσης μορφολογικών κλίσεων , κατηγορία με αρνητικές τιμές καμπυλότητας (κοίλα γεωμετρία) σε απόσταση 0-50m από το υδρογραφικό δίκτυο απόσταση από τα τεκτονικά χαρακτηριστικά λιγότερο από 150m

22 Συζήτηση & Συμπεράσματα Μηχανισμός εκδήλωσης κατολισθητικών φαινομένων η ανισότροπη τεχνικογεωλογική συμπεριφορά των λιθολογικών φάσεων των μαργών, επιτρέπει την ολίσθηση των κατακερματισμένων υπερκείμενων τεφρών - τεφροκίτρινων μαργών επί των μελανότεφρων ανάμεσα στις αποσαθρωμένες και κατακερματισμένες μάργες, παρεμβάλλονται συνεκτικοί, βραχώδεις ορίζοντες των μαργαϊκών ασβεστολίθων η καταπόνηση και ο κερματισμός της συμπαγούς μάργας, εξαιτίας της τεκτονικής δραστηριότητας, των φαινομένων διαδοχικής διαβροχής και ξήρανσης είτε των φαινομένων αποσάθρωσης

23 Συζήτηση & Συμπεράσματα Εναυσματικοί παράγοντες το μεγάλο ύψος βροχοπτώσεων (~1000mm) το χαμηλό ποσοστό κατείσδυσης στους μαργαϊκούς σχηματισμούς ευνοούν την επιφανειακή απορροή οι αυξημένες τιμές επιφανειακής απορροής προκαλούν διαβρώσεις στην κοίτη και στις όχθες του υδρογραφικού δικτύου, οπότε δυνητικά μπορούν να προκαλέσουν αστοχίες σε κατασκευές κοντά στις όχθες των ρεμάτων της περιοχής η ανθρώπινη παρέμβαση με τη διάνοιξη οδών πρόσβασης σε θέσεις εντός της ζώνης αστοχίας και η δημιουργία πλατωμάτων έχει ως αποτέλεσμα τη διατάραξη των συνθηκών ευστάθειας

24 Συζήτηση & Συμπεράσματα Κατολισθητική επιδεκτικότητα και διακινδύνευση σε επίπεδο περιφέρειας ή σε μεσαίας ανάλυσης κλίμακα, η εκτίμηση της ενδεχόμενης καταστροφικότητας είναι απαραίτητη, καθώς οδηγεί σε σωστό και κατάλληλο σχεδιασμό πριν τη φάση διαστασιολόγησης και κατασκευής των τεχνικών έργων και κατ επέκταση συμβάλλει στη μείωση του κόστους κατασκευής και συντήρησης των μελλοντικών τεχνικών έργων

25 Δημοσιεύσεις Hong, H., Ilia, I., Tsangaratos, P., Chen, W., Xu, C., A hybrid fuzzy weight of evidence method in landslide susceptibility analysis on the Wuyuan area, China. Geomorphology Vol. 290, Tsangaratos P., Ilia, I., Hong H., Chen W., Xu C., Applying Information Theory and GIS based quantitative methods to produce landslide susceptibility maps in Nancheng County, China. Landslides, (2016). doi: /s (2015 Impact Factor 3.049). Ilia, I., Tsangaratos, P., Applying weight of evidence method and sensitivity analysis to produce a landslide susceptibility map. Landslides 04/2015; DOI: /s (2015 Impact Factor 3.049). Ilia, I., Rozos D., Koumantakis, I., Landform Classification Using GIS Techniques. The case of Kimi municipality area, Euboea Island, Greece. Proceedings of the 13 th International Congress of the Geological Society of Greece (GSG), vol. XLVII, Chania, Greece. I. Ilia, I. Koumantakis, D. Rozos, K. Markantonis and P. Tsagaratos, Landslide Phenomena in Kimi area, Euboea Island, Central Greece. Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU2008-A-06831, 2008, SRef-ID: /gra/EGU2008-A-06831, EGU General Assembly 2008, Vienna. ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Key Laboratory of Active Tectonics and Volcano, Institute of Geology, China Earthquake Administration College of Geology & Environment, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an , China

26 ΙΩΑΝΝΑ ΗΛΙΑ ΓΕΩΛΟΓΟΣ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ