ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΗ (ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ) ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΜΑΖΩΝ Η τεχνική διαβάθμιση (ταξινόμηση) των βραχωδών υλικών, μαζών και δομών έχει ως σκοπό την κωδικοποίηση των φυσικών και μηχανικών χαρακτηριστικών σε κατηγορίες «ποιότητας» ώστε να είναι δυνατή η άμεση προκαταρκτική αποτίμηση της γεωλογικής και γεωτεχνικής κατάστασης στη θέση κατασκευής ενός τεχνικού έργου και της καταλληλότητας των ενεχόμενων γεωϋλικών υλικών και μαζών σε σχέση με τις απαιτήσεις και προδιαγραφές του έργου.. ΤΕΧΝΙΚΗ «ΚΑΤΑΛΛΗΛΟΤΗΤΑ» ΤΩΝ ΕΝΕΧΟΜΕΝΩΝ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΑΖΩΝ ΣΤΗ ΘΕΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΝΟΣ ΕΡΓΟΥ ΣΧΙΣΤΟΛΙΘΟΣ ΑΡΓΙΛΙΚΗ ΜΑΡΓΑ ΓΡΑΝΙΤΗΣ ΑΝΤΟΧΗ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΒΑΘΜΟΣ ΑΛΛΟΙΩΣΗΣ ΜΕΣΗ - ΜΕΤΡΙΟΣ ΜΙΚΡΗ ΜΙΚΡΟΣ ΜΕΓΑΛΗ - ΜΙΚΡΟΣ ΒΑΘΜΟΣ ΚΕΡΜΑΤΙΣΜΟΥ ΜΙΚΡΟΣ ΜΕΓΑΛΟΣ ΜΕΣΟΣ 1
Kριτήρια ποιοτικής διαβάθμισης υλικών και δομών Δείκτες φυσικών χαρακτηριστικών των πετρωμάτων: ΑΝΤΟΧΗ, ΒΑΘΜΟΣ ΕΞΑΛΛΟΙΩΣΗΣ (ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗ) Χαρακτηριστικά γεωμετρικά στοιχεία της δομής της βραχομάζας: ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ (ΑΡΙΘΜΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ, ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ) Δείκτες φυσικών χαρακτηριστικών των ασυνεχειών: ΤΡΑΧΥΤΗΤΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ (ΚΑΘΟΡΙΖΕΙ ΤΗΝ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΕ ΟΛΙΣΘΗΣΗ) ΕΞΑΛΛΟΙΩΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ ΤΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ (ΚΑΘΟΡΙΖΕΙ ΤΗΝ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΕ ΟΛΙΣΘΗΣΗ Kριτήρια ποιοτικής διαβάθμισης γεωστατικων πιέσεων και υπόγειου νερού Βάθος κατασκευής έργου Ενδείξεις υψηλών γεωστατικών πιέσεων Παρουσία νερού Πιθανές εισροές Για τα διάφορα κριτήρια ποιοτικής διαβάθμισης ορίσθηκαν «βαθμολογίες» βασισμένες σε παρατηρήσεις συμπεριφοράς πολυάριθμων έργων. Ηαθροιστική «βαθμολογία» της βραχομάζας προέρχεται από τις επι μέρους βαθμολογίες των κριτηρίων διαβάθμισης. Ηαθροιστική «βαθμολογία» της βραχομάζας συνοδεύεται από ποιοτικές περιγραφές (π.χ. πολύ καλή, μέτρια, κακή ποιότητα, κλπ.). Η περιγραφή της ποιότητας αναφέρεται σε εύρος τιμών της αθροιστικής βαθμολογίας τα οποία είναι κοινά αποδεκτά. Έτσι οι περιγραφικοί όροι διαβάθμισης διαθέτουν ένα βαθμό τυποποίησης και διευκολύνουν την τεχνική επικοινωνία μεταξύ των Μηχανικών μελετητών και κατασκευαστών.
ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΤΑ BARTON (Q) Quality Index Q = RQD n r a w ΔΟΜΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΑΝΤΟΧΗ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΕΝΤΑΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΚΑΤΑ BARTON (Q) Tunnelling Quality Index RQD n r a w Q = RQD n r a w = Ισοδύναμος βαθμός ρωγμάτωσης (0-100) Rock Quality Designation = Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών (0.5-0), για συνθήκες συμπαγούς έως θρυμματισμένου βράχου έως γαιώδους υλικού - oint Set Number = Δείκτης αδρότητας επιφανειών (0.5-4.0), για λείες επίπεδες έως αδρές ανεπίπεδες επιφάνειες - oint Roughness Number = Δείκτης εξαλλοίωσης των επιφανειών των ασυνεχειών (0.75-0), για αναλλοίωτες επιφάνειες έως αποχωριζόμενες από παχύ στρώμα υλικού πληρώσεως - oint Alteration Number = Μειωτικός συντελεστής λόγω πιέσεων νερού (0.05-), για συνθήκες υψηλών έως μηδενικών πιέσεων νερού - oint Water Reduction Number = Μειωτικός συντελεστής τάσεων (1-0), ανάλογα με τη φύση του προβλήματος και τοπικές ιδιαιτερότητες π.χ. χαλάρωση βραχόμαζας λόγω τεκτονικής διατάραξης, υψηλές πιέσεις, συνθήκες συνθλίψεως / διογκώσεως κ.λ.π - Stress Reduction Factor
ΔΕΙΚΤΗΣ ΚΕΡΜΑΤΙΣΜΟΥ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ ΔΕΙΚΤΗΣ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΠΕΤΡΩΜΑΤΟΣ (RQD = Rock Quality Designation) Αθροιστικό μήκος των τεμαχίων άρρηκτου πετρώματος μήκους 100mm μεταξύ φυσικών ασυνεχειών, εκφραζόμενο ως % ποσοστό του συνολικού μήκους διάτρησης. RQD (%) Περιγραφή ποιότητας 0-5 5-50 50-75 75-90 90-100 Πολύ πτωχή Πτωχή Μέτρια Καλή Εξαιρετική 4
Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών (n) A B C D E F G H Συμπαγήςβράχοςήλίγεςασυνέχειες Ένα σύστημα ασυνεχειών Ένα σύστημα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Δύο συστήματα ασυνεχειών Δύο συστήματα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Τρία συστήματα ασυνεχειών Τρία συστήματα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Τέσσερα ή περισσότερα συστήματα ασυνεχειών τυχαίου προσανατολισμού. Έντονη κατάτμηση πολύ διακλασμένη βραχόμαζα. Μυλωνιτιομένος βράχος, όπως εδαφικοί σχηματισμοί n 0.5-1 4 6 9 1 15 0 Παρατήρηση: Σε διασταυρώσεις σηράγγων η τιμή του n τριπλασιάζεται ενώ σε εισόδους σηράγγων η τιμή του n διπλασιάζεται. ΔΕΙΚΤΗΣ ΑΔΡΟΤΗΤΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (r) Διακλάσεις μικρής συνεχότητας Τραχείες, κυματοειδείς Ομαλές, κυματοειδείς Κυματοειδείς, πρότερη διάτμηση Τραχείες, επίπεδες Ομαλές, επίπεδες Επίπεδες, πρότερη διάτμηση Υλικό πλήρωσης, μεγάλο πάχος ΤΙΜΗ 4 1.5 1.5 0.5 5
ΔΕΙΚΤΗΣ ΕΞΑΛΟΙΩΣΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (a) Επουλωμένεςασυνέχειεςμεσκληρά υλικά πλήρωσης Μη αλλοιωμένες επιφάνειες ασυνεχειών, οι επιφάνειες εμφανίζουν μόνο λεκέδες Επικαλύψεις επιφανειών με υλικά μειωμένης τριβής όπως (άργιλο, χλωρίτη, τάλκη κ.λ.π) Λεπτές ενστρώσεις διογκούμενης αργίλου Παχιές ενστρώσεις διογκούμενης αργίλου ΤΙΜΗ 0.75 4.0 10.0 0.0 ΜΕΙΩΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΛΟΓΩ ΠΙΕΣΕΩΝ ΝΕΡΟΥ, w Στεγνή εκσκαφή (λιγότερο από 5 litres/min τοπικά) Μέση εισροή νερούή μέση πίεση Μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση σε συμπαγές πέτρωμα με διακλάσεις χωρίς υλικά πλήρωσης Μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση, σημαντική έκπλυση των υλικών πλήρωσης Εξαιρετικά μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση κατά τις ανατινάξεις η οποία μειώνεται προοδευτικά Εξαιρετικά μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση κατά τις ανατινάξεις η οποία παραμένει σταθερή ΠΙΕΣΗ (kpa) <100 100-50 50-1000 50-1000 >1000 >1000 w 0.66 0.5 0. 0.-0.1 0.1-0.05 6
ΜΕΙΩΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΤΑΣΕΩΝ ΑΣΘΕΝΗΣ ΖΩΝΗ Μεμονωμένες ασθενείς ζώνες οι οποίες περιέχουν άργιλο ή χημικά αποσαθρωμένο πέτρωμα Χαλαρές, ανοικτές ασυνέχειες, έντονη κατάτμηση του βράχου σε μικρά κυβικά στοιχεία κατάτμησης (για οποιοδήποτε βάθος εκσκαφής) Πολλαπλές διατμημένες ζώνες σε συμπαγές πέτρωμα (χωρίς άργιλο), χαλαρή περιβάλλουσα βραχομάζα (για οποιοδήποτε βάθος εκσκαφής) Άφθονες ασθενείς ζώνες οι οποίες περιέχουν άργιλο ή χημικά αποσαθρωμένο πέτρωμα. Πολύ χαλαρή δομή του βράχου που περιβάλλει την εκσκαφή (για οποιοδήποτε βάθος εκσκαφής) Διογκούμενο πέτρωμα. Χημική διόγκωση εξαρτώμενη από την παρουσία νερού Βράχος που ασκεί πιέσεις. Πλαστική ροή συμπαγούς πετρώματος υπό την επίδραση υψηλών γεωπιέσεων.5 Βάθος εκσκαφής > 50 m 5.0 Βάθος εκσκαφής < 50 m 5.0 7.5 10.0 5-15 5-0 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ 1 Από στοιχεία γεωτρήσεων προέκυψε τιμή RQD =80% Η παρουσία ασυνεχειών με οξειδωμένες επιφάνειες υποδηλώνει διακίνηση νερού. Μεμονωμένες ασθενείς ζώνες που περιέχουν άργιλο. 7
RQD = 80 Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών: τρία ---- > n = 9 1 Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών (n) A B C D E F G H Ένα σύστημα ασυνεχειών Ένα σύστημα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Δύο συστήματα ασυνεχειών Δύο συστήματα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Τρία συστήματα ασυνεχειών Συμπαγήςβράχοςήλίγεςασυνέχειες Τρία συστήματα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Τέσσερα ή περισσότερα συστήματα ασυνεχειών τυχαίου προσανατολισμού. Έντονη κατάτμηση πολύ διακλασμένη βραχόμαζα. Μυλωνιτιομένος βράχος, όπως εδαφικοί σχηματισμοί n 0.5-1 4 6 9 1 15 0 Παρατήρηση: Σε διασταυρώσεις σηράγγων η τιμή του n τριπλασιάζεται ενώ σε εισόδους σηράγγων η τιμή του n διπλασιάζεται. 8
Αδρότητα ασυνεχειών: Τραχείες επιφάνειες r = Δείκτης εξαλλοίωσης των επιφανειών των ασυνεχειών a = 1 Οι επιφάνειες των ασυνεχειών δεν είναι αλλοιωμένες. Εμφανίζονται χρωματισμένες (οξειδωμένες) m ΔΕΙΚΤΗΣ ΕΞΑΛΟΙΩΣΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (a) Επουλωμένεςασυνέχειεςμεσκληρά υλικά πλήρωσης Μη αλλοιωμένες επιφάνειες ασυνεχειών, οι επιφάνειες εμφανίζουν μόνο αποχρωματισμό ή οξειδώσεις Επικαλύψεις επιφανειών με υλικά μειωμένης τριβής όπως (άργιλο, χλωρίτη, τάλκη κ.λ.π) Λεπτές ενστρώσεις διογκούμενης αργίλου Παχιές ενστρώσεις διογκούμενης αργίλου ΤΙΜΗ 0.75 4.0 10.0 0.0 9
ΜΕΙΩΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΤΑΣΕΩΝ ΑΣΘΕΝΗΣ ΖΩΝΗ Μεμονωμένες ασθενείς ζώνες οι οποίες περιέχουν άργιλο ή χημικά αποσαθρωμένο πέτρωμα Χαλαρές, ανοικτές ασυνέχειες, έντονη κατάτμηση του βράχου σε μικρά κυβικά στοιχεία κατάτμησης (για οποιοδήποτε βάθος εκσκαφής) Πολλαπλές διατμημένες ζώνες σε συμπαγές πέτρωμα (χωρίς άργιλο), χαλαρή περιβάλλουσα βραχομάζα (για οποιοδήποτε βάθος εκσκαφής) Άφθονες ασθενείς ζώνες οι οποίες περιέχουν άργιλο ή χημικά αποσαθρωμένο πέτρωμα. Πολύ χαλαρή δομή του βράχου που περιβάλλει την εκσκαφή (για οποιοδήποτε βάθος εκσκαφής) Διογκούμενο πέτρωμα. Χημική διόγκωση εξαρτώμενη από την παρουσία νερού Βράχος που ασκεί πιέσεις. Πλαστική ροή συμπαγούς πετρώματος υπό την επίδραση υψηλών γεωπιέσεων.5 Βάθος εκσκαφής > 50 m 5.0 Βάθος εκσκαφής < 50 m 5.0 7.5 10.0 5-15 5-0 Συντελεστής πιέσεων νερού w = 0.5 Οι οξειδώσεις οφείλονται σε εισροή νερού ή υψηλή πίεση σε συμπαγές πέτρωμα με διακλάσεις χωρίς υλικά πλήρωσης. Μειωτικός συντελεστής τάσεων =.5 Μεμονωμένες ασθενείς ζώνες οι οποίες περιέχουν άργιλο Q = RQD n r a w = 80 9 1 0.5.5 = 5. ΜΕΤΡΙΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑ m 10
RQD = 80 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών: τρία συστήματα και μεμονωμένες ασυνέχειες ---- > n = 1 1 Αριθμός συστημάτων ασυνεχειών (n) A B C D E F G H Ένα σύστημα ασυνεχειών Ένα σύστημα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Δύο συστήματα ασυνεχειών Δύο συστήματα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Τρία συστήματα ασυνεχειών Συμπαγήςβράχοςήλίγεςασυνέχειες Τρία συστήματα ασυνεχειών και μεμονωμένες ασυνέχειες Τέσσερα ή περισσότερα συστήματα ασυνεχειών τυχαίου προσανατολισμού. Έντονη κατάτμηση πολύ διακλασμένη βραχόμαζα. Μυλωνιτιομένος βράχος, όπως εδαφικοί σχηματισμοί n 0.5-1 4 6 9 1 15 0 Παρατήρηση: Σε διασταυρώσεις σηράγγων η τιμή του n τριπλασιάζεται ενώ σε εισόδους σηράγγων η τιμή του n διπλασιάζεται. 11
Αδρότητα ασυνεχειών: Λείες κυματώδεις επιφάνειες r = Δείκτης εξαλλοίωσης των επιφανειών των ασυνεχειών a = 4 Επικαλύψεις των επιφανειών των ασυνεχειών με άργιλο. ΔΕΙΚΤΗΣ ΕΞΑΛΟΙΩΣΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ (a) Επουλωμένεςασυνέχειεςμεσκληρά υλικά πλήρωσης Μη αλλοιωμένες επιφάνειες ασυνεχειών, οι επιφάνειες εμφανίζουν μόνο λεκέδες Επικαλύψεις επιφανειών με υλικά μειωμένηςτριβήςόπως(άργιλο, χλωρίτη, τάλκη κ.λ.π) Λεπτές ενστρώσεις διογκούμενης αργίλου Παχιές ενστρώσεις διογκούμενης αργίλου ΤΙΜΗ 0.75 4.0 10.0 0.0 ΜΕΙΩΤΙΚΟΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ ΛΟΓΩ ΠΙΕΣΕΩΝ ΝΕΡΟΥ, w Στεγνή εκσκαφή (λιγότερο από 5 litres/min τοπικά) Μέση εισροή νερούή μέση πίεση Μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση σε συμπαγές πέτρωμα με διακλάσεις χωρίς υλικά πλήρωσης Μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση, σημαντική έκπλυση των υλικών πλήρωσης Εξαιρετικά μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση κατά τις ανατινάξεις η οποία μειώνεται προοδευτικά Εξαιρετικά μεγάλη εισροή νερού ή υψηλή πίεση κατά τις ανατινάξεις η οποία παραμένει σταθερή ΠΙΕΣΗ (kpa) <100 100-50 50-1000 50-1000 >1000 >1000 w 0.66 0.5 0. 0.-0.1 0.1-0.05 1
Συντελεστής πιέσεων νερού w = 1 Στεγνή βραχόμαζα Μειωτικός συντελεστής τάσεων = 7.5 Η παρουσία αργιλικών διογκούμενων υλικών (μοντμοριλονίτη) μας οδηγεί στην κατηγορία διογκούμενων πετρωμάτων Q = RQD n r a w = 60 1 4 1 7.5 = 0. ΠΟΛΥ ΠΤΩΧΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ 0. 5. 1