ΟΔΟΠΟΙΙΑ ΙΙ: 13 η Διάλεξη Έργα Αποστράγγισης Οδών & Οχετοί Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Υπεύθυνος Μαθήματος Γαλάνης Αθανάσιος Πολιτικός Μηχανικός MSc, PhD Επικοινωνία atgalanis@uth.gr Επιστημονικός Συνεργάτης Καλιαμπέτσος Γεώργιος Ηλεκτρολόγος Μηχανικός gekalia@uth.gr
Υδραυλικά Τεχνικά Έργα Η κατασκευή έργων απομάκρυνσης του ύδατος από την επιφάνεια, το σώμα και το έδαφος έδρασης της οδού αποτελεί προϋπόθεση για τη διατήρησή της σε ικανοποιητική κατάσταση από πλευράς λειτουργικότητας. Προβλήματα που δημιουργεί η παρουσία του ύδατος στην οδό στην επιφάνεια του οδοστρώματος: Επιφανειακές φθορές στην στρώση κυκλοφορίας του οδοστρώματος (αποφλοιώσεις, αυλακώσεις και κοιλώματα), λόγω διαβρωτικής επίδρασης του ύδατος στα εδαφικά και στα ασφαλτικά υλικά. Μειωμένες συνθήκες οδικής ασφάλειας λόγω ολισθηρότητας του οδοστρώματος. Τα υδραυλικά τεχνικά έργα έχουν στόχο τα εξής: Προστασία της οδού και του οδοστρώματος από τη δράση υπόγειων και επιφανειακών υδάτων. Ομαλή παροχέτευσης ομβρίων υδάτων μέσω τεχνικών αγωγών και φυσικών αποδεκτών και προστασία της ποιότητας υδάτων υπόγειων υδροφορέων.
Υδραυλικά Τεχνικά Έργα Η παρουσία νερού στις γεωκατασκευές οδοποιίας είναι βασικό παράγοντας μείωσης της αντοχής του εδάφους. Καθιζήσεις και κατολισθήσεις οφείλονται συνήθως σε κορεσμό του υπεδάφους ή σε ραγδαία αύξηση του όγκου των υπόγειων υδάτων. Η σταθερότητα της υποδομής των οδών κινδυνεύει σημαντικά από τις πολλαπλές επιδράσεις του, όπως είναι τα φαινόμενα υποσκαφής, διάβρωσης και παγοπληξίας. Σε ένα οδικό έργο, επί του καταστρώματος της οδού επιτρέπεται να φθάνουν μόνον τα όμβρια ύδατα. Τα προερχόμενα από άλλες περιοχές (ειδικά από τα εκατέρωθεν της οδού φυσικά ή τεχνητά πρανή) πρέπει να εμποδίζονται με κατάλληλα μέτρα, όπως: Αποστραγγιστικές ή συλλεκτήριες τάφρους οφρύος. Αυλάκια και τάφρους στους πόδες των πρανών ορυγμάτων. Οχετούς με τεχνικά έργα εισόδου και εξόδου για παροχέτευση φυσικών ροών κάτω από τα επιχώματα.
Υδραυλικά Τεχνικά Έργα Τα υδραυλικά τεχνικά έργα που ενσωματώνονται στις οδικές κατασκευές έχουν ως κύρια αποστολή την απομάκρυνση των υδάτων, υπόγειων και επιφανειακών και διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Έργα απαγωγής επιφανειακών υδάτων (τάφροι, αυλάκια, ρείθρα), που ονομάζονται και έργα επιφανειακής αποστράγγισης ή έργα αποχέτευσης της οδού. Έργα αποκατάστασης φυσικών ροών (γέφυρες, οχετοί). Έργα υπόγειας αποστράγγισης (αποστραγγιστικές τάφροι, στραγγιστήριοι σωλήνες), που αποκαλούνται και έργα υπεδάφιας αποστράγγισης ή απλώς έργα αποστράγγισης.
Επιφανειακή Αποστράγγιση Τα έργα επιφανειακής αποστράγγισης διακρίνονται σε επιμέρους κατηγορίες που συνδέονται μεταξύ τους και συνήθως αποτελούν ένα ενιαίο δίκτυο: Γραμμικά έργα υδροσυλλογής και μεταφοράς (ρείθρα, τάφροι). Κεντρικά (ή κομβικά) έργα υδροσυλλογής (φρεάτια εισροής). Έργα υπόγειας μεταφοράς (στεγανοί αγωγοί με τα φρεάτιά τους). Έργα τελικής διάθεσης (φρεάτια πτώσης και ηρεμίας, αντλιοστάσια, τάφροι συνέχειας, βαθμιδωτά ρείθρα). Ειδικά έργα, όπως οι δεξαμενές διήθησης και οι διατάξεις ανάσχεσης της κινητικής ενέργειας σε τάφρους. Βασική αρχή σχεδιασμού των έργων και δικτύων επιφανειακής αποστράγγισης είναι η απαγόρευση εγκάρσιας κατάκλισης του οδοστρώματος.
Επιφανειακή Αποστράγγιση Τα όμβρια ύδατα από την επιφάνεια του οδοστρώματος, τα πρανή των ορυγμάτων και τα φυσικά πρανή ανάντη των ορυγμάτων, καθώς και το σύνολο της λεκάνης απορροής συλλέγονται από: Αβαθείς πλευρικές τάφρους (τριγωνικές ή τραπεζοειδείς) σε υπεραστικές περιοχές, σε ζώνες διατομών ορυγμάτων και σε ορισμένα τμήματα επιχωμάτων όταν υπάρχουν κίνδυνοι διάβρωσης των πρανών από τα νερά του οδοστρώματος που επιβαρύνουν την απορροή προς τα πρανή. Ρείθρα οδών σε αστικές περιοχές ή περιοχές που υπάρχουν περιορισμοί διατιθέμενης λωρίδας. Τάφρους ορυγμάτων για την προστασία ευδιάβρωτων πρανών ορυγμάτων στα οποία προσάγονται νερά από την ανάντη λεκάνη: Τάφρους οφρύος (eyebrow ditches) Τάφρους διακοπής (intercepting ditches) Τάφρους ποδός (toe ditches)
Επιφανειακή Αποστράγγιση Τάφρους αναχαίτισης καταπτώσεων οι οποίες μετέχουν της μορφής και χρήσης των τάφρων ποδός ορυγμάτων και ερείσματος οδών. Τάφρους συνέχειας με τις οποίες μεταβιβάζεται η ροή από τις παραπάνω τάφρους σε υδατορεύματα ή άλλους αποδέκτες Τάφρους επιχωμάτων για προστασία των πρανών στα οποία φθάνουν νερά είτε από το οδόστρωμα, είτε προσπίπτουν απευθείας κατά τη βροχόπτωση, είτε οδηγούνται από παράπλευρες επιφάνειες αντίθετης κλίσης: Τάφρους ερείσματος Τάφρους διακοπής Τάφρους ποδός
Επιφανειακή Αποστράγγιση Φρεάτια Τα φρεάτια Υδροσυλλογής και Απορροής συλλέγουν το επιφανειακό νερό από τις τάφρους ή/και τα ρείθρα και το οδηγούν με αγωγούς σύνδεσης ή/και συλλεκτήριους αγωγούς προς τον αποδέκτη. Τα φρεάτια Επίσκεψης εξασφαλίζουν πρόσβαση, έλεγχο, επιτήρηση και αερισμό σε έναν υπόγειο αγωγό. Τα φρεάτια Πτώσης περιορίζουν την ταχύτητα ροής σε διασταυρώσεις με άλλους αγωγούς. Φρεάτιο, απορροής
Επιφανειακή Αποστράγγιση Φρεάτιο, υδροσυλλογής με σχάρα Φρεάτιο, επίσκεψης
Επιφανειακή Αποστράγγιση Ρείθρα Τα ρείθρα οδών τοποθετούνται κατά μήκος της οδού ή στη διαχωριστική νησίδα ή στα ερείσματα και αναλαμβάνουν το επιφανειακό νερό για να το οδηγήσουνε σε φρεάτια υδροσυλλογής ή κατ ευθείαν στην εκβολή. Το κρασπεδόρειθρο είναι ένα τριγωνικό ρείθρο οδού, το οποίο διαμορφώνεται από ένα κράσπεδο κα μια λωρίδα του οδοστρώματος. Τα κοίλα ρείθρα τοποθετούνται γενικά μεταξύ διαφορετικών επιφανειών κυκλοφορίας και πρέπει να λιθοστρώνονται. Το κιβωτοειδές ρείθρο (καναλέτο) αποτελείται από προκατασκευασμένο τμήμα με επικάλυψη αυτού με σχάρα ή πλάκες με οπές. Τα ρείθρα σχισμής κατασκευάζονται από προκατασκευασμένα τεμάχια, πραγματοποιούν μια συνεχή ροή του επιφανειακού νερού και πρέπει να είναι οπλισμένα.
Επιφανειακή Αποστράγγιση Ρείθρο, κρασπεδόρειθρο Ρείθρο, σχισμής
Επιφανειακή Αποστράγγιση Βαθμιδωτά ρείθρα Τα βαθμιδωτά ρείθρα χρησιμοποιούνται για να απομακρύνουν το νερό σε μια μεγάλη κατωφέρεια και ιδιαίτερα για την οδήγηση της απορροής ενός σωληνωτού αγωγού που εκβάλλει στο πρανές ενός δρόμου σε μια παραπέρα τάφρο αποχέτευσης ή εκβολή. Ρείθρο, κρασπεδόρειθρο
Επιφανειακή Αποστράγγιση Τάφροι Η τάφρος είναι επιφανειακό έργο για την ανοικτή κατά μήκος αποχέτευση των ομβρίων. Τάφροι οφρύος τοποθετούνται σε πλαγιές στο φρύδι των πρανών ορυγμάτων, πρέπει να προσαρμόζονται στο έδαφος, να παραλαμβάνουν τα νερά της πλαγιάς και να τα οδηγούν προς την εκβολή. Ανάλογα με το ευδιάβρωτο του υλικού και του ύψους των πρανών είναι δυνατόν να τοποθετηθούν τάφροι διακοπής σε ενδιάμεση θέση/ θέσεις του ύψους του πρανούς. Τάφροι αναχαίτισης τοποθετούνται κυρίως στο «πόδι» των υψηλών βραχωδών ορυγμάτων με σκοπό να συγκρατούν τα προϊόντα κατάπτωσης μεμονωμένων λίθων από την επιφάνεια του πρανούς ή/και την υπερκείμενη πλαγιά.
Επιφανειακή Αποστράγγιση Τάφροι Η τάφροι συνέχειας καθοδηγούν τα όμβρια, που συλλαμβάνονται από τα επιφανειακά έργα συλλογής προς το φυσικό αποδέκτη. Οι τάφροι ερείσματος τοποθετούνται στο φρύδι των επιχωμάτων. Οι τάφροι ποδός τοποθετούνται σε περιπτώσεις αδυναμίας κατασκευής τάφρου οφρύος λόγω έντονης κλίσης των εδαφών. Οι τάφροι πλευρικές αβαθείς αποχέτευσης τοποθετούνται σε υπεραστικές περιοχές, σε περιοχές ορυγμάτων και σε ορισμένα τμήματα επιχωμάτων όταν υπάρχουν κίνδυνοι διάβρωσης των πρανών.
Επιφανειακή Αποστράγγιση Τάφρος, ποδός, με επένδυση Τάφρος, ερείσματος, ορθογωνική, με επένδυση Τάφρος, τριγωνική, με επένδυση
Επιφανειακή Αποστράγγιση Στραγγιστήρι Το στραγγιστήρι είναι ένα σκεπασμένο αυλάκι, συνήθως παρακείμενο και παράλληλο με το κατάστρωμα της οδού, που περιβάλλεται με υλικό φίλτρου και μέσα στο οποίο μπορεί να κείται διάτρητος σωλήνας. Στραγγιστήρι
Υπόγεια Δίαιτα & Γεωκατασκευές Οδοποιίας Σκοπός των έργων αποστράγγισης είναι η μέγιστη δυνατή προστασία των οδικών κατασκευών από το νερό. Οι πιθανές θέσεις εισόδου του νερού στα οδοστρώματα και στην υποδομή της οδού όπως οι ανοιχτοί αρμοί, οι ρωγμές συστολής, τα ανεπένδυτα ερείσματα και οι διαπερατές επιφάνειες των πρανών. Επειδή κανένας τύπος οδοστρώματος δεν μπορεί να διατηρηθεί αδιαπέρατος από το νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα, συστήματα αποστράγγισης πρέπει να προβλέπονται τόσο σε εύκαμπτα όσο και σε δύσκαμπτα οδοστρώματα. Η ανεπαρκής αποστράγγιση σε μια οδική κατασκευή έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση και παγίδευση υπόγειου νερού στο σώμα της οδού. Το φαινόμενο κινδυνεύει να οδηγήσει σε κακή κατάσταση του οδοστρώματος ή και σε ολική καταστροφή των επιμέρους στοιχείων της οδού (πρανή, ερείσματα).
Υπόγεια Δίαιτα & Γεωκατασκευές Οδοποιίας Οι συνέπειες της ανεπαρκούς αποστράγγισης χωρίζονται σε δυο κατηγορίες: Φθορά και κακή λειτουργία του οδοστρώματος και του καταστρώματος. Γεωμηχανική αστάθεια των πρανών επιχωμάτων και ορυγμάτων. Όταν εύκαμπτα οδοστρώματα υποβάλλονται στη δράση υπόγειου νερού, αναπτύσσονται πιέσεις πόρων μέσα στη βάση και τις στρώσεις της υπόβασης, με συνέπεια τη μείωση της αντοχής του οδοστρώματος και, επακόλουθα, τη μείωση της ικανότητάς του να παραλάβει τα φορτία κυκλοφορίας. Μια συνήθης αιτία κακής λειτουργίας του οδοστρώματος λόγω ανεπαρκούς υπόγειας αποστράγγισης είναι η δημιουργία παγετού και η παγοπληξία. Το φαινόμενο προϋποθέτει: Τα υλικά της βάσης και κυρίως της υπόβασης περιέχουν λεπτόκοκκα συστατικά και είναι ευαίσθητα στον παγετό. Η ανεπάρκεια διατάξεων αποστράγγισης επιτρέπει σε μια ποσότητα υπόγειου νερού να διηθείται και να εγκλωβίζεται στη δομή του οδοστρώματος.
Υπόγεια Δίαιτα & Γεωκατασκευές Οδοποιίας Η διήθηση και η παρουσία του νερού στην υποδομή της οδού είναι από τις συχνότερες αιτίες πρόκλησης κατολισθήσεων στα πρανή. Το υπόγειο νερό συμβάλλει στην πρόκληση αστοχιών με τους εξής τρόπους: Αυξάνοντας την παραμορφωσιμότητα του εδάφους. Αυξάνοντας την πίεση του νερού των πόρων, φαινόμενο που οδηγεί σε μείωση των ενεργών τάσεων και κατά συνέπεια σε μείωση της διατμητικής αντοχής. Δημιουργώντας ένα πλεόνασμα νερού που παγιδεύεται στο έδαφος και κατά τη διάρκεια σεισμών ή άλλων γεωλογικών μεταβολών, προκαλεί αστοχίες λόγω ρευστοποίησης (liquefaction) σε λεπτόκοκκα ψαθυρά υλικά.
Στοιχεία Υπόγειας Υδραυλικής Το πρώτο στάδιο της μελέτης υπόγειας αποστράγγισης περιλαμβάνει τη συλλογή των διαθέσιμων στοιχείων, τα οποία είναι: Η γεωμετρία της ροής. Οι ιδιότητες των υλικών των υπεδάφιων σχηματισμών. Τα υδρολογικά και κλιματολογικά χαρακτηριστικά. Διάφορες πρόσθετες πληροφορίες. Στο δεύτερο στάδιο της μελέτης αποστράγγισης γίνεται η επιλογή του δικτύου αποστράγγισης και εν συνεχεία ο καθορισμός της παροχής σχεδιασμού του συστήματος αποστράγγισης. Στην παροχή προσμετρώνται τα εξής: Το νερό της διήθησης qi Το νερό των υπόγειων σχηματισμών qg Το νερό λόγω παγετού qm, κυρίως σε στρώσεις έδρασης οδοστρωμάτων Η κατακόρυφη εκροή προς κατώτερα στρώματα του υπεδάφους qv.
Έργα Υπεδάφιας Αποστράγγισης Έργα υπεδάφιας (υπόγειας) αποστράγγισης (subsurface or subsoil drainage) ή απλώς έργα αποστράγγισης είναι εκείνα που στόχο έχουν την απομάκρυνση των υπόγειων υδάτων από το έδαφος έδρασης και την υποδομή της οδού. Ανάλογα με τη θέση τους στο έργο οδοποιίας και την επιμέρους δομή την οποία καλούνται να αποστραγγίσουν τα έργα αυτά χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες. Αγωγοί στραγγιστηρίων (collectors) τοποθετούνται σε όλες τις κεντρικές νησίδες αυτοκινητοδρόμων που είναι διαμορφωμένες με φυτικές γαίες και κάτω από τα ερείσματα στις διατομές, σε όρυγμα ή στην επιφάνεια του φυσικού εδάφους. Γραμμικά στραγγιστήρια (underdrains) τοποθετούνται σε κατάλληλο βάθος κάτω από την έδραση της στρώσης στράγγισης οδοστρώματος, ώστε να εξασφαλίζεται η λειτουργία της στράγγισης και εκφορτίζονται σε κατάλληλες θέσεις σε μεγαλύτερους ή σε φυσικούς αποδέκτες (πχ αγωγό ομβρίων).
Έργα Υπεδάφιας Αποστράγγισης Διατομή σε όρυγμα Διατομή σε επίχωμα Έργα αποστράγγισης Οδόστρωμα Σκάφη Πρανή Οδόστρωμα Επίχωμα Υπέδαφος Γραμμικά στραγγιστήρια ** ** * Αποστραγγιστικές τάφροι * * * Στραγγιστικές στρώσεις ** * ** Στραγγιστικές κλίνες * ** Υπο-οριζόντια στραγγιστήρια ** * Κατακόρυφοι σωλήνες αποστράγγισης ** Πλαστικά στραγγιστήρια ** * ** Φίλτρα πρανούς ** ** Σήραγγες αποστράγγισης ** Φρεάτια εκτόνωσης * * ** Φρεάτια διήθησης * **
Οχετοί Οχετοί είναι τα τεχνικά έργα υδραυλικού χαρακτήρα που χρησιμεύουν για αποκατάσταση φυσικών ροών κάτω από οδικά επιχώματα. Οι οχετοί έχουν άνοιγμα <6μ (ενώ οι γέφυρες >6μ), γι αυτό ονομάζονται μικρά τεχνικά. Κατασκευάζονται με κύριο λόγο την αποκατάσταση φυσικών ροών που διακόπτονται από την παρεμβολή ενός οδικού έργου. Η μελέτη ενός οχετού περιλαμβάνει την αποτύπωση της φυσικής κοίτης και της γύρω περιοχής σε κλίμακα 1:500 κατά το στάδιο της προμελέτης. Μετά τη λήψη των στοιχείων εδάφους ακολουθεί η σχεδίαση του χάρτη σε κλίμακα 1:500 στον οποίο μεταφέρονται τα στοιχεία από την κύρια οριζοντιογραφία. Στη συνέχεια γίνεται επιλογή της διεύθυνσης του άξονα του τεχνικού, καθώς επίσης του τύπου και της διατομής του τεχνικού, των υδραυλικών και στατικών υπολογισμών του φορέα και των θεμελίων. Όταν ένας οχετός ευρίσκεται ακριβώς κάτω από την επιφάνεια κυκλοφορίας ονομάζεται οχετός στέψης, διαφορετικά ονομάζεται οχετός υπό επίχωση.
Οχετοί Υπάρχουν διάφορα είδη οχετών που χρησιμοποιούνται στην οδοποιία, ανάλογα με την κατηγορία της οδού, το ύψος του επιχώματος, την κλίση της μισγάγγειας, τους οικονομικούς περιορισμούς και τους αισθητικούς λόγους. Γενικώς, οι οχετοί διακρίνονται σε: Σωληνωτούς οχετούς, απλής κατασκευής, συνήθως από προκατασκευασμένα στοιχεία (τσιμέντο), κατάλληλους για μικρές παροχές. Πλακοσκεπείς οχετούς (ευρεία εφαρμογή στην Ελλάδα). Κιβωτοειδείς οχετούς (εφαρμογή σε έργα αποκατάστασης ροών και οδικής κυκλοφορίας). Θολωτούς οχετούς (εφαρμογή σε ειδικές περιπτώσεις, όταν το ύψος του επιχώματος είναι μεγάλο). Μεταλλικούς οχετούς, από φύλλα κυματοειδούς λαμαρίνας, που παρουσιάζουν το πλεονέκτημα της εύκολης μεταφοράς και τοποθέτησης.
Οχετοί Οχετός Έξοδος αγωγού αποχέτευσης
Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Επικοινωνία: atgalanis@uth.gr