ΜΑΘΗΜΑ: ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΔΙΔΑΣΚΟΝΤΕΣ: Β. ΧΡΗΣΤΑΡΑΣ, Καθηγητής Β. ΜΑΡΙΝΟΣ, Λέκτορας ΒΟΗΘΗΤΙΚΟ ΦΥΛΛΑΔΙΟ 1 ης ΑΣΚΗΣΗΣ ΤΙΤΛΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ: Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΥ ΜΟΝΤΕΛΟΥ ΓΙΑ ΤΑ ΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ ΟΙ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΓΝΟΙΑ ΤΟΥ ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΤΟΥ: Η ΜΕΓΑΛΗ ΑΣΤΟΧΙΑ ΤΟΥ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ MALPASSET 1. ΣΚΟΠΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ «Η σημασία του γεωλογικού μοντέλου στην ευστάθεια ενός τεχνικού έργου». Η άσκηση αποτελεί εισαγωγή για την φύση και την σημασία του μαθήματος. Είναι μια άμεση πρώτη επαφή των φοιτητών με την Τεχνική Γεωλογία και τα τεχνικά έργα μέσα από μια τραγική αστοχία. Αναλυτικότερα, διδάσκει γιατί είναι θεμελιώδης η από την αρχή σύνταξη του ορθού γεωλογικού μοντέλου για τον σχεδιασμό (δηλαδή τη γεωλογική-γεωτεχνική μελέτη πριν την κατασκευή), την κατασκευή (ασφάλεια και το δυνατόν χαμηλότερο κόστος) και τη λειτουργία (θέματα ευστάθειας και ασφάλειας κατά τη λειτουργία π.χ. 100 χρόνια) ενός τεχνικού έργου. Τέλος, η άσκηση αυτή αναδυκνύει, από τη μία την υψηλή ευθύνη που έχει ένας Γεωλόγος στον σχεδιασμό και την κατασκευή τεχνικών έργων, και από την άλλη τις σπουδαίες προκλήσεις που εμφανίζονται στο έργο του. Η αστοχία του φράγματος Malpasset αποτελεί διεθνώς «εκπαiδευτικό μνημείο». Πλήθος γεωλόγων και μηχανικών από Πανεπιστήμια του κόσμου την διδάσκονται ως μία από τις πλέον χαρακτηριστικές περιπτώσεις αστοχίας έργου Πολ. Μηχανικού λόγω λανθασμένου γεωλογικού μοντέλου. Η άσκηση αυτή καταδυκνύει την τεράστια σημασία της ανάγκης της γεωλογικής γνώσης για τον ασφαλή σχεδιασμό των τεχνικών έργων. Εκτός όμως από τον σκοπό της εισαγωγής στο μάθημα, η άσκηση έχει τους παρακάτω στόχους: Κατασκευή του γεωλογικού μοντέλου της περιοχής με βάση τα γεωλογικά στοιχεία και τις κλίμακες που αφορούν την ευστάθεια του έργου. Ανάπτυξη της ικανότητας των φοιτητών να επιλέγουν τις απαραίτητες γεωλογικές πληροφορίες για την αξιολόγηση της αντοχής και της συμπεριφοράς των γεωυλικών στο εξεταζόμενο τεχνικό έργο. Χρήση γνωστών (με βάσει την γνώση των φοιτητών από άλλα βασικά μαθήματα) γεωλογικών μεθοδολογιών και σημασία τους στην αναγνώριση των βασικών μηχανισμών αστοχίας ενός τεχνικού έργου (εδώ φράγματος). Διαχείριση αριθμού γεωλογικών δεδομένων, συσχέτισή τους και τελική τεκμηρίωσή τους σε κείμενο με βάση τα ερωτήματα που τίθονται. Πρώτη εισαγωγή με την αντοχή των γεωυλικών (εδώ γνευσίων και ζώνης ρήγματος) και αποκωδικοποίησή τους για την αξιολόγηση ευστάθειας ενός έργου (εδώ φράγματος). Εισαγωγή εννοιών, χαρακτήρων και αρχών λειτουργίας Τεχνικών Εργων και σύνδεσή τους με τους μηχανισμούς αστοχίας (π.χ. για τα φράγματα: αστοχία λόγω φέρουσας ικανότητας της θεμελίωσης, ολισθήσεων, καθιζήσεων, υποπιέσεων, υπογείων διαβρώσεων, διαφυγών ύδατος, κατολισθήσεων στην περιοχή του ταμιευτήρα κ.α.)
2. ΚΛΕΙΔΙΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ Α. Κλειδιά άσκησης: i ii iii iv Χαρακτηριστικά τοξωτών φραγμάτων Αντοχή πετρώματος Γεωμετρία ρήγματος γεωμετρία φολίδωσης (σχιστότητας) Φύση και ποιότητα των υλικών στη ζώνη του ρήγματος αντοχή ζώνης ρήγματος v Ετερογένεια πετρώματος και ανισότροπη συμπεριφορά Β. Θεωρητικές γνώσεις για την επίλυση: i. Στοιχεία γεωλογικού μοντέλου για τα τεχνικά έργα. (βλέπε 1 ο θεωρητικό μάθημα) ii. Ποια είναι τα γεωλογικά χαρακτηριστικά του γνευσίου (θεωρούνται γνωστά από προηγούμενα εξάμηνα διδασκαλίας αλλά γίνεται μια αδρή επανάληψη στην παρουσίαση της άσκησης) iii. Ποια είναι τα τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά του γνευσίου (βλέπε vi Υδροστατικές πιέσεις (πιέσεις ύδατος στις ανοικτές ζώνες ρωγμές που επικοινωνούν με την επιφάνεια άμεσα ) iv. Τι είναι τα τοξωτά φράγματα; Πότε επιλέγουμε να κατασκευάσουμε τοξωτά φράγματα; (βλέπε vii Πιέσεις πόρων-ρωγμών-ασυνεχειών (πιέσεις ύδατος στις χαμηλής περατότητας ζώνες) v. Πως μπορεί να αστοχήσει ένα φράγμα; (βλέπε viii Κατασκευή ισοτονικών (παρατάξεων) και γεωλογικών τομών ix Αξιολόγηση στοιχείων γεωτρήσεων vi. Πως κατασκευάζουμε παρατάξεις (ισοτονικές) και φτιάχνουμε απλές γεωλογικές τομές; (θεωρούνται γνωστά από προηγούμενα εξάμηνα διδασκαλίας) vii. Τι είναι υδροστατικές πιέσεις και τι πιέσεις πόρων - ασυνεχειών; (βλέπε παρουσίαση άσκησης) viii. Τι είναι η θλίψη (συμπίεση) και τι ο εφελκυσμός; (βλέπε ix. Τι σημαίνει παραμορφωσιμότητα υλικού; (βλέπε x. Τι στοιχεία μπορεί να μας δώσει μια δειγματοληπτική γεώτρηση (για γεωτεχνικούς σκοπούς) για τη μελέτη ενός φράγματος (βλέπε xi. Ποια η αντοχή ζώνης ενός ρήγματος; (βλέπε xii. Ποιες οι διαφορές αδιατάρακτου και διαταραγμένου δείγματος δειγματοπληπτικής γεώτρησης; (βλέπε xiii. Πώς ελέγχονται οι υδατικές πιέσεις κάτω από τα φράγματα; (βλέπε
3. ΒΗΜΑΤΑ ΕΠΙΛΥΣΗΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Τα βήματα επίλυσης της άσκησης είναι: i. Πολύ καλή ανάγνωση των δεδομένων της άσκησης: Υποσημείωση των χρήσιμων δεδομένων, σημείωση αποριών. ii. Πολύ καλό «διάβασμα» του χάρτη (πριν και μετά την καταστροφή): τοπογραφία στον άξονα του φράγματος και γεωμετρία φράγματος, αντιστοίχιση φωτογραφιών της αστοχίας με θέσεις στον χάρτη. iii. Κατασκευή ισοτονικών για την επιφάνεια του ρήγματος (με βάση την επιφάνεια του ρήγματος που εμφανίστηκε μετά την αστοχία στην επιφάνεια του εδάφους - γραμμοσκιασμένο τμήμα). iv. Χάραξη όλης της τομής της επιφάνειας του ρήγματος με το έδαφος σ όλη την περιοχή του του φράγματος με βάση τις παρατάξεις ισοτονικές (ίχνος ρήγματος στην επιφάνεια). Παραδοχή: το ρήγμα έχει σταθερή κλίση. v. Κατασκευή των γεωλογικών τομών Α-Α, Β- Β, Γ-Γ, Δ-Δ σύμφωνα με τις ισοτονικές. Στις τομές αυτές να έχετε βάλει κλίμακα, προσανατολισμό, το φράγμα (όπου αυτό απαντάται ή υπολλείματά του) και την γνευσιακή υφή (ενδεικτικές επιφάνειες της φολίδωσης με τον προσανατολισμό τους σύμφωνα με την άσκηση) και βέβαια το ρήγμα. vi. Στη συνέχεια για την απάντηση του επόμενου ερωτήματος (3) πρέπει στις 3 τομές να βάλετε τις θέσεις των γεωτρήσεων και τα ευρήματά τους (εδώ μόνο το ρήγμα που βρίσκουν οι γεωτρήσεις). vii. Κάντε αμέσως τις συγκρίσεις πάνω στη τομή με την θέση του ρήγματος κάτω από το φράγμα (αυτό που προέκυψε από τα στοιχεία της επιφάνειας και του πιο ρεαλιστικού, αυτού που προέκυψε από τις γεωτρήσεις). viii. Η χάραξη της ρεαλιστικότερης επιφάνειας του ρήγματος στις 3 τομές γίνεται με βάσει: α) μόνο με την ισοτονική των 55m (που είναι δεδομένη καθώς εκεί έχουμε το ρήγμα στην επιφάνεια και β) το βάθος του ρήγματος σε κάθε γεώτρηση. x. Για τη χάραξη του νέου-πραγματικού ρήγματος στον χάρτη απαιτείται: μέτρηση αποστάσεων, στις τομές, μεταξύ των νέων πραγματικών ρηγμάτων στην επιφάνεια του αναγλύφου και κάτι σταθερό (όπως τις θέσεις των γεωτρήσεων ή την παράταξη των 55m). xi. Τοποθέτηση των 3 σημείων αυτών (από τις μετρήσεις στις 3 τομές) πάνω στον τοπογραφικό χάρτη. xii. Με βάσει τα νέα σημεία της επιφάνειας του ρήγματος χαράσσετε την πιο ρεαλιστική θέση του στην επιφάνειά του εδάφους. xiii. Για τον μηχανισμό αστοχίας και εκτίναξης του φράγματος: Φτιάξτε αδρά ένα σκίτσο υπό κλίμακα με το ανάγλυφο, το φράγμα, το ρήγμα, την γνευσιακή φολίδωση (σχιστότητα) και την μεγάλη ρωγμή που άνοιξε πίσω από το φράγμα. xiv. Διαβάστε τώρα ξανά τα δεδομένα και αξιολογείστε την χρονική αλληλουχία των φαινομένων. Εδώ πρέπει να σκεφτείτε: a. Πως αντέδρασε-συμπεριφέρθηκε η βραχόμαζα του γνευσίου μετά την πλήρωση του φράγματος. b. Ποιός ο ρόλος του ρήγματος; c. Γιατί άνοιξε η ρωγμή; Αφού άνοιξε η ρωγμή τι έγινε μετά? d. Το νερό πως κινήθηκε; e. Ποιές οι πιέσεις που αναπτύχθηκαν κάτω από το φράγμα και το εκτίναξαν μαζί με το κομμάτι βράχου; xv. Με βάσει τον μηχανισμό που βρήκατε, προβάλλετε στο σκίτσο και τα 2 ρήγματα, δηλαδή το θεωρητικό και το πιο ρεαλιστικό. Ποια από τα 2 ευνοεί περισσότερο τον μηχανισμό αστοχίας που έχετε βρει σε προηγούμενο ερώτημα; xvi. Για την επιλογή των μέτρων που θα προτείνατε για την αποφυγή της αστοχίας θα πρέπει να εστιάσετε στα αίτια καταστροφής του. Ποια από τα αίτια θεραπεύονται ή ελέγχονται ανακουφίζονται; xvii. Το ερώτημα 7 εντοπίζεται άμεσα στις εργασίες έρευνες που πρέπει να προτείνει ο γεωλόγος κατά τη μελέτη του φράγματος. Εδώ πρέπει να απαντήσετε συγκεκριμένα πως θα βρίσκατε αυτά τα στοιχεία που θα απαιτούνταν για τον ρεαλιστικό σχεδιασμό του γεωλογικού μοντέλου.
1. Οι απαντήσεις να δίνονται μέσα από ανεπτυγμένο κείμενο. Είστε στο τελευταίο έτος και πρέπει να απαντάτε με τη μορφή έκθεσης και όχι επιγραμματικά. Τούτο θεωρείται αυτονόητο όποιο επαγγελματικό κλάδο και να επιλέξετε. 4. ΜΟΡΦΗ ΑΠΑΝΤΗΣΕΩΝ 2. Επίσης, οι πλήρεις απαντήσεις σας θα σας βοηθήσουν στο διάβασμα για τις τελικές εξετάσεις. 3. Οι τομές να είναι πλήρεις, όπως μάθατε στα άλλα μαθήματα! 4. Προτιμάτε να συνοδεύετε τις απαντήσεις σας με σκίτσα. Πάντα 1 εικόνα είναι σαν 1000 λέξεις! Είναι κάτι που θα πρέπει να παρουσιάζετε και στο μέλλον ως επαγγελματίες για να εξηγειτε στις άλλες συνεργαζόμενες ειδικότητες τα ευρήματα σας και τις γεωλογικές καταστάσεις και συμπεριφορές (π.χ. Πολιτικούς Μηχανικούς). Λανθασμένο - ελλειπές γεωλογικό μοντέλο κατά τη φάση σχεδιασμού του φράγματος. Εσείς πρέπει να σχεδιάσετε το πραγματικό γεωλογικό μοντέλο. 5. Οι καλές έως πολύ καλές ασκήσεις αξιολογούνται με ακόμα καλύτερο συντελεστή για τη τελική βαθμολογία (αυτό ισχύει τόσο για τους «οριακούς» όσο και για τους «υψηλότερους» βαθμούς). 6. Οι απαντήσεις δεν πρέπει να δίνονται πρόχειρα και επιγραμματικά. Οι ασκήσεις αυτές θα βαθμολογούνται αρκετά χαμηλά και δεν θα λαμβάνονται - θετικά υπόψη στο τέλος. 7. Οι «αντιγραφές» δεν θα λαμβάνονται βέβαια υπόψη σε αυτή τη διαδικασία.
5. ΔΕΝΔΡΟΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ