ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ ΔΥΝΗΤΙΚΕΣ ΑΣΤΟΧΙΕΣ Δημ. Ρόζος, Επ. Καθ. ΕΜΠ
ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ ΥΓΙΩΝ, ΑΠΟΣΑΘΡΩΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΔΙΕΡΡΗΓΜΕΝΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ Διάκριση των γεωλογικών σχηματισμών στη μηχανική πρακτική Οι διάφοροι γεωλογικοί σχηματισμοί διακρίθηκαν από τεχνικογεωλογικής πλευράς αρχικά σε ΕΔΑΦΙΚΟΥΣ και ΒΡΑΧΩΔΕΙΣ Αναλυτικότερα: ΕΔΑΦΙΚΟΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ (SOIL), είναι ένα φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων, που μπορούν να διαχωριστούν με απλές μηχανικές μεθόδους (π.χ. ανακίνηση σε νερό). ΒΡΑΧΩΔΗΣ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ή ΠΕΤΡΩΜΑ (ROCK), είναι το φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων, που συνδέονται με ισχυρές και μόνιμες δυνάμεις, ή/και την παρουσία συγκολλητικής ύλης. Αλλά τι σημαίνει πραγματικά (και ποσοτικά) ισχυρή και μόνιμη δύναμη; Δηλαδή πιο είναι το όριο διάκρισης μεταξύ των Εδαφικών και των Βραχωδών σχηματισμών και με ποια παράμετρο καθορίζεται αυτό; 2
Αρχικά σαν όριο χρησιμοποιήθηκε η τιμή της αντοχής σε ανεμπόδιστη (μονοαξονική) θλίψη και συγκεκριμένα η τιμή ενός (1) ΜPa ( 10 kgr/cm2). Αργότερα και σύμφωνα με τις επιταγές της ISRM (1981) βρέθηκε ότι μια τρίτη κατηγορία μεταξύ Εδαφικών και Βραχωδών σχηματισμών με αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη μεταξύ 0,5 και 25Μpa, (ενδιάμεση κατηγορία γεωλογικών σχηματισμών, όπως για παράδειγμα οι ενότητες φλύσχη ή νεογενών, νεογενών κλπ) που χαρακτηρίζονται από ιδιομορφία στη γεωμηχανική τους συμπεριφορά. Αυτά τα γεωλογικά υλικά ενδιάμεσης γεωμηχανικής συμπεριφοράς ονομάζονται: ΣΚΛΗΡΑ ΕΔΑΦΗ ΜΑΛΑΚΟΙ ΒΡΑΧΟΙ (HARD SOILS SOFT ROCKS). 3
Τους βραχώδεις σχηματισμούς διακρίνομε σε εκρηξιγενή πετρώματα, ιζηματογενή πετρώματα και μεταμορφωμένα πετρώματα. Τα εκρηξιγενή πετρώματα αποτελούν το μεγαλύτερο τμήμα του γήινου φλοιού και ως γνωστόν διακρίνονται σε πλουτώνια (κυρίως αδρόκοκκα, με SiO2>66%), υποηφαιστειακά (περίπου μεσόκοκκα, με SiO2 55-66%) και ηφαιστειακά (συνήθως λεπτόκοκκα, με SiO2 < 50%). Με τη δράση των παραγόντων της μηχανικής και χημικής αποσάθρωσης, όταν τα πετρώματα αυτά εκτεθούν στην επιφάνεια του εδάφους, αποσυντίθενται από την επιφάνεια ή και από το εσωτερικό δια μέσου των ασυνεχειών και τη δράση του νερού, δίνοντας αποσαθρωμένο πέτρωμα με διάφορους βαθμούς αποχρωματισμού. Γενικά σε προχωρημένα στάδια αποσάθρωσης δίνουν ψηφίδες, άμμο και ιλύ, ενώ οι άστριοι μετατρέπονται σε αργιλικά ορυκτά, ορυκτά αρχικά καολίνη και σε πιο προχωρημένα στάδια αποσάθρωσης, ιλλίτη ή και μοντμοριλλονίτη. 4
Τα ιζηματογενή πετρώματα είναι πιο απλά σε ορυκτολογική σύσταση από τα εκρηξιγενή. Υπό τη δράση των αποσαθρωτικών παραγόντων τα ιζηματογενή πετρώματα δίνουν τρία είδη ορυκτών: ορυκτών (i) τα ανθρακικά είναι ευδιάλυτα, μεταφέρονται σε λεκάνες, παραλαμβάνονται από τους θαλάσσιους ή λιμναίους σχηματισμούς και δίνουν ξανά ιζήματα, (ii) τα πυριτικά, είτε είναι ευδιάλυτα (ίδιος κύκλος με τα ανθρακικά) δίνοντας κερατολίθους είτε αδιάλυτα οπότε δίνουν χαλίκια, άμμο ή και ιλύ, υλικά που με τη διαδικασία της συγκόλλησης δίνουν ξανά πετρώματα και (iii) τα αργιλικά που είναι λεπτόκοκκα και δίνουν αργίλους, που μετατρέπονται σε αργιλικούς σχιστολίθους ή και ιλυολίθους. Τα μεταμορφωμένα πετρώματα, πετρώματα προκύπτουν από τα υπόλοιπα υπάρχοντα πετρώματα του φλοιού (ακόμα και τα μεταμορφωμένα) όταν βρεθούν κάτω από τεράστιες πιέσεις ή/και θερμοκρασίες, που μετατρέπουν τη δομή των ορυκτολογικών συστατικών. Τα πετρώματα αυτά αν είναι χωρίς εσωτερικές ατέλειες (μικροασυνέχειες) μπορεί να δώσουν καλά αδρανή υλικά. Και αυτά όταν αποσαθρωθούν δίνουν διάφορα ορυκτά, που με τη σειρά τους δίνουν προϊόντα διάλυσης ή θραύσματα που με αντίστοιχες διαδικασίες δίνουν νέα πετρώματα. 5
Τεχνικογεωλογική περιγραφή βραχωδών σχηματισμών Υπάρχει συνεχής μεταβολή των πετρωμάτων με τη δράση των αποσαθρωτικών παραγόντων, άρα: Η τεχνικογεωλογική περιγραφή των βραχωδών σχηματισμών είναι πλέον δύσκολη από την απλή γεωλογική, καθώς εμπλέκονται οι γεωτεχνικές ιδιότητες αυτών. Η πλέον απλή τεχνικογεωλογική περιγραφή πρέπει να περιλαμβάνει: (α) το βαθμό αποσάθρωσης, (β) τη δομή (στρώση, σχιστότητα, φύλλωση, σχισμός, ασυνέχειες, κλπ), που καθορίζει τον κερματισμό, (γ) το χρώμα, (δ) το μέγεθος των κόκκων, (ε) την αντοχή, (στ) τον τύπο του πετρώματος. Πέρα από τις τρεις τελευταίες που είναι πολύ σημαντικές, οι δύο πρώτες ιδιότητες είναι επίσης ουσιαστικές για την τεχνικογεωλογική συμπεριφορά, ενώ για το χρώμα υπάρχουν διιστάμενες απόψεις για τη σπουδαιότητά του. 6
Αποσάθρωση (weathering) Το τεχνικογεωλογικό περιβάλλον θεμελίωσης είναι η βασική διαφοροποίηση των έργων πολιτικού μηχανικού (έργα επιφανείας) από αυτά του βραχομηχανικού (έργα υπόγεια). Τα πρώτα θεμελιώνονται σε εδάφη και στη ζώνη κερματισμού αποσάθρωσης των πετρωμάτων, ενώ τα δεύτερα στην πλειονότητά τους διασχίζουν τα πετρώματα κάτω από τη ζώνη αυτή. Συνεπώς, για τα έργα Πολιτικού μηχανικού, ο πρωταρχικός σκοπός είναι να μελετηθεί η ζώνη αποσάθρωσης και να διαπιστωθεί η καταλληλότητά της. Βασικό εργαλείο στην προσπάθεια αυτή είναι ο καθορισμός του βαθμού αποσάθρωσης. αποσάθρωσης Επισημαίνεται εδώ ότι η αντοχή ενός πετρώματος υποβαθμίζεται σημαντικά καθώς ο βαθμός αποσάθρωσης αυξάνει. αυξάνει Η αποσάθρωση έχει ένα μεγάλο σύμμαχο: τις ασυνέχειες της βραχομάζας (κερματισμός). 7
Η αποσάθρωση των βραχωδών μαζών (μετατροπή τελικά σε εδαφικό σχηματισμό), έχει ένα μεγάλο σύμμαχο: τις ασυνέχειες της βραχομάζας. Οι τελευταίες διευκολύνουν τη δράση των παραγόντων της αποσάθρωσης βαθιά μέσα στη βραχομάζα, επιταχύνοντας έτσι την αποσάθρωσή της. Βασικές έννοιες στη όποια προσπάθεια διαμόρφωσης συστήματος ταξινόμησης της αποσάθρωσης είναι: η φυσική αποσύνθεση, η χημική εξαλλοίωση, η διάλυση. Πολλές προσπάθειες έγιναν για τη διαμόρφωση κλίμακας του βαθμού αποσάθρωσης (πρώτη αυτή του Eng. Group of G. S. of London το 1960), 1960 με χρήση κατηγοριών όπως: χωρίς αποσάθρωση (fresh, F), κάπως αποσαθρωμένο (fairly weathered, FW), ελαφρά αποσαθρωμένο (slightly weathered, SW), μέτρια αποσαθρωμένο (moderately weathered, MW), πολύ αποσαθρωμένο (highly weathered, HW), πλήρως αποσαθρωμένο (completely weathered, CW), εδαφικό υλικό (residual soil, RS). 8
Υπάρχουν πολλές άλλες κατηγοριοποιήσεις του βαθμού αποσάθρωσης είτε σχηματισμού είτε βραχομάζας που αναφέρονται στη σχετική βιβλιογραφία. Ενδιαφέρουσες θεωρούνται οι απόψεις του Dearman (1974), σύμφωνα με τον οποίο ασυνέχειες και αποσάθρωση πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στη γεωμηχανική συμπεριφορά των πετρωμάτων. Η αποσάθρωση, αναφέρει, επηρεάζει τις ιδιότητες της βραχομάζας και συνεπώς ο βαθμός αποσάθρωσης αυτής δίνει χρήσιμες πληροφορίες και βοήθα στην ταξινόμησή της. Η μηχανική (φυσική) αποσάθρωση οδηγεί στη διεύρυνση των ασυνεχειών, ασυνεχειών στη δημιουργία νέων, νέων στο άνοιγμα των επαφών μεταξύ των κόκκων, κόκκων αλλά και το θραυσμό των ορυκτών κόκκων. κόκκων 2. Η χημική αποσάθρωση επιφέρει σε αρχικό στάδιο αποχρωματισμό των πετρωμάτων (λόγω οξείδωσης, κλπ) και σε επόμενο, αποσύνθεση των πυριτικών στοιχείων των αργιλικών ορυκτών. ορυκτών 9
Προχωρώντας παραπέρα ο Dearman θεωρεί ότι ακόλουθες έννοιες σχετικά με την αποσάθρωση είναι σημαντικές για τα πετρώματα : Υγιές (Fresh). Χωρίς ορατή αποσάθρωση. Αποχρωματισμός (Discoloration). Η χρωματική αλλαγή θα πρέπει να αναφέρεται αν αφορά σε ένα ορυκτό ή σε περισσότερα αλλά και στο βαθμό απόκλισης από το αρχικό χρώμα. Αποσχηματισμός (Disintegration). Ο αρχικός δομικός σκελετός είναι ανέπαφος, έστω και αν έχει διαμορφωθεί κάποιος εδαφικός σχηματισμός αλλά οι ορυκτοί κόκκοι δεν έχουν αποσυντεθεί (μηχανική δράση). Αποσύνθεση (Decomposition). Ο δομικός σκελετός μένει ανέπαφος, αλλά το πέτρωμα έχει αποσχηματισθεί σε έδαφος, δηλαδή μερικά ή όλα τα ορυκτά έχουν αποσυντεθεί, (χημική δράση). 10
Για τη βραχομάζα, ο ίδιος συγγραφέας προτείνει να ελέγχονται: Ο βαθμός αποχρωματισμού Η αναλογία πετρώματος / εδάφους (%) Η παρουσία ή όχι της αρχικής δομής του σχηματισμού (πετρώματος), όταν αυτός έχει μετατραπεί σε έδαφος. Στους Πίνακες που ακολουθούν δίνονται οι χαρακτηρισμοί του βαθμού αποσάθρωσης και οι πλέον χαρακτηριστικές γεωτεχνικές χρήσεις, ανάλογα με το βαθμό αποσάθρωσης. 11
Πίνακας για το χαρακτηρισμό του βαθμού αποσάθρωσης στις βραχομάζες, κατά Little. ΟΡΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΒΑΘΜΟΣ Υγιές πέτρωμα Όχι εμφανής αποσάθρωση στο πέτρωμα. Πιθανά μόνο αποχρωματισμός των επιφανειών κάποιων κύριων ασυνεχειών. I Ελαφρά αποσαθρωμένο πέτρωμα Αυξημένος αποχρωματισμός (απόσάθρωση του βραχώδους υλικού και των επιφανειών των ασυνεχειών), ή και πλήρης αποχρωματισμός, όπου το βραχώδες υλικό μπορεί να είναι ασθενέστερο εξωτερικά από ότι στην υγιή του κατάσταση. Μέτρια Λιγότερο από 50% του βραχώδους αποσαθρωμένο υλικού παρουσιάζει αποσύνθεση και/ πέτρωμα ή μετατρέπεται σε έδαφος. Υγιές ή αποχρωματισμένο πέτρωμα υπάρχει με τη μορφή συνεχούς μέσου ή βραχωδών τεμαχίων. II III 12
ΟΡΟΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΒΑΘΜΟΣ Ισχυρά αποσαθρωμένο πέτρωμα Περισσότερο από 50% του βραχώδους υλικού παρουσιάζει αποσύνθεση ή/και μετατρέπεται σε έδαφος. Υγιές ή με αποχρωματισμό μόνο βραχώδες υλικό υπάρχει είτε σαν ασυνεχές μέσο ή σαν βραχώδη τεμάχια. IV Έντονα αποσαθρωμένο πέτρωμα Υπολειμματικό έδαφος Όλη η βραχώδης μάζα έχει αποσυντεθεί ή/και μετατραπεί σε έδαφος, αλλά η αρχική βραχώδης δομή είναι ακόμα άθικτη στη μεγαλύτερή της έκταση. Όλη η βραχομάζα έχει μετατραπεί σε έδαφος και η αρχική βραχώδης δομή όπως και ο δομικός σκελετός του υλικού έχουν καταστραφεί. Υπάρχει σημαντική μεταβολή στον όγκο αλλά ουσιαστικές μετακινήσεις του εδαφικού υλικού που προέκυψε δεν έχουν ακόμα σημειωθεί. V VI 13
Πίνακας παραδοχών της ISRM για το χαρακτηρισμό του βαθμού αποσάθρωσης στις βραχομάζες. ΟΡΟΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΧΡΗΣΗ Υγιές πέτρωμα Το καλύτερο για γεωτεχνική χρήση. Κηλίδες (Fresh rock) στην επιφάνεια των ασυνεχειών αποκαλύπτουν τη δράση του νερού λόγω διαστάλαξης. Επί μέρους τεμάχια βραχομάζας μπορεί να χαλαρώσουν λόγω εκρήξεων ή απελευθέρωσης τάσεων και συνεπώς μπορεί να απαιτείται υποστήριξη σε σήραγγες ή πηγάδια. πηγάδια Ελαφρά αποσαθρωμένο πέτρωμα (Slighly weathered rock) Κατάλληλο για θεμελίωση μεγάλων κατασκευών από μπετόν (π.χ. φραγμάτων), αλλά είναι αυξημένης υδροπερατότητας λόγω ανοικτών ασυνεχειών. Η χρήση του σαν αδρανές ύστερα από εξέταση. εξέταση Απαιτεί χρήση εκρηκτικών για τη διάνοιξή του. Μέτρια αποσαθρωμένο πέτρωμα (Moderately weathered rock) Κατάλληλο για θεμελίωση μικρών κατασκευών από μπετόν. μπετόν Πολλές ρωγμές σχηματίζονται κάτω από τις ερπύστριες μπουλντόζας. ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ I II III 14
ΟΡΟΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΧΡΗΣΗ Ισχυρά αποσαθρωμένο πέτρωμα (Highly weathered rock) Ακατάλληλο για φράγματα από μπετόν ή και για μεγάλες κατασκευές, αλλά κατάλληλο για χωμάτινα φράγματα - επιχώματα. επιχώματα Ασταθές σε υψηλά και απότομα ορύγματα. Χρειάζεται προστασία από τη διάβρωση. Έντονα αποσαθρωμένο πέτρωμα (Completely weathered rock) Παρόμοια γεωτεχνική απόκριση με αυτή της προηγούμενης κατηγορίας (IV). ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΣΑΘΡΩΣΗΣ IV V Υπολειμματικό Ακατάλληλο για σημαντικές κατασκευές. έδαφος (residual Ασταθές σε πρανή ιδιαίτερα όταν έχει soil) καταστραφεί η φυτοκάλυψη, καθώς διαβρώνεται άνετα. VI 15
Η προσέγγιση κάποιας από τις παραπάνω κατηγορίες αποσάθρωσης σε ένα βραχώδη σχηματισμό διαφοροποιείται ανάλογα με τον τρόπο δράσης των αποσαθρωτικών παραγόντων στο είδος των πετρωμάτων στην οποία εντάσσεται ο υπόψη σχηματισμός, σχηματισμός δηλαδή στα ιζηματογενή, μεταμορφωμένα ή εκρηξιγενή. Οι διαφοροποιήσεις στον τρόπο δράσης των αποσαθρωτικών παραγόντων στις τρεις κύριες κατηγορίες πετρωμάτων 16
Δομή (structure) Η δομή περιλαμβάνει: τη στρώση (bed planes, bedding, lamination), τη σχιστότητα (schistosity), τη φύλλωση (foliation, προσανατολισμός ορυκτών), το σχισμός (cleavage, θραύση σε επιφάνειες αδυναμίας) την ευθυγράμμιση ορυκτολογικών συστατικών (lineation) κλπ). Οι ασυνέχειες αυτών των μορφών επηρεάζουν σημαντικά την αντοχή ενός βραχώδους σχηματισμού, κυρίως λόγω της κατεύθυνσης αυτών (άλλες οι τιμές της αντοχής κάθετα, άλλες παράλληλα και άλλες διαγώνια στις υπόψη ασυνέχειες). ασυνέχειες Συνεπώς σε αυτή την περίπτωση πρέπει να περιγράφεται αρχικά και λεπτομερώς: η συχνότητα των ασυνεχειών (στρώση ή σχιστότητα, κλπ), και η συγκριτική περιγραφή αυτών (γεωλογική και γεωτεχνική). γεωτεχνική) Όπως συμβαίνει στον επόμενο πίνακα. 17
Απόσταση στρώσης, mm Γεωλογική περιγραφή στρώσης αναφορικά με την απόσταση Γεωτεχνική περιγραφή των ίδιων ασυνεχειών <6 Φυλλόμορφη στρώση (thinly laminated) Καμία απόσταση (none) 6-20 Παχιά φυλλόμορφη στρώση (thickly laminated) Πάρα πολύ περιορισμένη απόσταση (extremely narrow) 20-60 Πολύ μικρού πάχους στρώση (very thin bedded) Πολύ περιορισμένη απόσταση (very narrow) 60-200 Λεπτοστρωματώδης (thin bedded) Περιορισμένη (narrow) 200-600 Μεσοστρωματώδης (medium bedded) Μέτρια απόσταση (moderate wide) 600-2000 Παχυστρωματώδης (thick bedded) Μεγάλη απόσταση (wide) >2000 Πολύ μεγάλου πάχους στρώση (very thick bedded) Πολύ μεγάλη απόσταση (very wide) απόσταση Η περιγραφή των ασυνεχειών στρώσης ή σχιστότητας δεν είναι το μόνο ζητούμενο αναφορικά με τη δομή. Αυτή θα πρέπει να συμπληρώνεται και με τις υπόλοιπες ασυνέχειες. 18
Για παράδειγμα περιγραφές όπως: Μεσοστρωματώδης σχηματισμός με μικρού πάχους φύλλωση ή Σχιστόλιθος με σχιστότητα αυξημένου πάχους, λεπτή φύλλωση και διαρρήξεις μεγάλης απόστασης, απόστασης είναι κατάλληλες για να περιγράψουν τη δομή. Ακόμα θα πρέπει να αναφέρονται οι διαφοροποιήσεις στην έκταση της βραχομάζας (π.χ. γενικά παχυστρωματώδης ασβεστόλιθος με τοπικές διαφοροποιήσεις σε λεπτοστρωματώδη). Χρώμα (color) Η περιγραφή του χρωματισμού του πετρώματος είναι πολύ χρήσιμη καθώς αποκαλύπτει στον αναγνώστη το πώς μοιάζει ο σχηματισμός και τις όποιες χρωματικές διαφορές υπάρχουν (αν υπάρχουν) στη διαστρωμάτωσή του. του 19
Για όχι καθαρούς χρωματισμούς θα πρέπει να χρησιμοποιείται περιγραφή που θα περιλαμβάνει δύο χρώματα, όπως χρώματα καστανοκίτρινο, ερυθροκάστανο κλπ. Με άλλες λέξεις το χρώμα θα πρέπει να περιγράφεται με ακρίβεια και όχι να συγκρίνεται με διάφορα χρωματολόγια, καθώς είναι γνωστή η αδυναμία χρωματικής διάκρισης σε κάποιους ανθρώπους. ανθρώπους Γενικά το χρώμα δίνει μια πρώτη ένδειξη για τα ορυκτά που περιλαμβάνονται. Μέγεθος κόκκων (grain size) Αποτελεί πολύ χρήσιμη παράμετρο στην περιγραφή των βραχωδών σχηματισμών αφού σχετίζεται άμεσα με τα γεωμηχανικά χαρακτηριστικά των σχηματισμών. Περιγραφές δηλαδή όπως αδρόκοκκος ψαμμίτης, κλπ είναι πολύ χρήσιμες. Αντοχή (strength) Η αντοχή είναι συνάρτηση του μεγέθους, του σχήματος και της κατάστασης των κόκκων, κλπ. Η ταξινόμηση της αντοχής δίνεται αρχικά περιγραφικά από τον τεχνικό γεωλόγο στην ύπαιθρο. 20
Αρκετές ταξινομήσεις αναφέρονται στην αντοχή σε μονοαξονική θλίψη ή και στο μέτρο ελαστικότητας, παράμετροι που μετρώνται στο εργαστήριο. Ταξινόμηση της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη που προτείνει η Commission of Engineering Geological Mapping της IAEG (1981) δίνεται σε σχετικό πίνακα. Διάκριση της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη. Αντοχή σε μοναξονική θλίψη (MPa) 1,5-15 Περιγραφή 15 50 Πολύ χαμηλής αντοχής Χαμηλής αντοχής 50 120 Μέσης αντοχής 120-230 Υψηλής αντοχής > 230 (ασθενούς) Πολύ υψηλής αντοχής 21
Τύπος πετρώματος (rock type) Οι όροι που χρησιμοποιούνται σχετίζονται με τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά του γεωλογικού σχηματισμού και επομένως είναι αναγκαία και η χρήση κάποιου ονόματος για το σχηματισμό αυτό. Για να δώσει κανείς το σωστό γεωλογικό όνομα του σχηματισμού μερικές φορές δεν είναι εύκολο. εύκολο Απαιτεί τη διαμόρφωση λεπτών τομών στο εργαστήριο ή/και χρήση ακτίνων Χ. Έτσι με κάποιους συμβιβασμούς γίνεται χρήση σχετικών γεωλογικών όρων, που δίνονται σε πίνακες όπως αυτός που αναφέρεται στα BS 5930, του 1981. Με τη χρήση όλων των παραπάνω παραμέτρων φθάνουμε σε μια σχετικά πλήρη περιγραφή ενός γεωλογικού σχηματισμού από τεχνικογεωλογική πλευρά. Για παράδειγμα μπορεί να περιγράψουμε ένα σχηματισμό σαν: Ιλυόλιθος τεφρού χρώματος ελαφρά αποσαθρωμένος λεπτοστρωματώδης, μέτρια κερματισμένος, χαμηλής αντοχής κλπ. 22
Ασυνέχειες βραχωδών σχηματισμών Όλα τα πετρώματα σε υγιή κατάσταση παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη αντοχή υλικού σε σύγκριση με αυτή της βραχομάζας τους (διπλάσια περίπου), καθώς η τελευταία επηρεάζεται από την παρουσία των ασυνεχειών που τη διασχίζουν. Συνεπώς στην όλη διαδικασία αστοχίας πρανούς, πρωταρχικό ρόλο παίζει όχι η διατμητική αντοχή του αδιάρρηκτου πετρώματος αλλά αυτή της βραχομάζας. Η τελευταία διαμορφώνεται από: τον αριθμό, τα κύρια χαρακτηριστικά, την αλληλοεμπλοκή των συστημάτων ασυνεχειών. που διασχίζουν τη βραχομάζα. Έτσι, η γεωμηχανική συμπεριφορά της βραχομάζας κατά την εμπλοκή της στην θεμελίωση ενός τεχνικού έργου ή στην κατασκευή υπόγειου έργου εντός αυτής, καθορίζεται κύρια από το καθεστώς διάρρηξης που τη χαρακτηρίζει. χαρακτηρίζει 23
Οι ασυνέχειες (discontinuities) ομαδοποιούνται σε συστήματα (Discontinuity sets ή Joint sets), τα μέλη των οποίων έχουν λίγο πολύ κοινό προσανατολισμό και συμπεριφορά που σχετίζεται με μια σειρά άλλων παραμέτρων, όπως: η συνέχεια (το μήκος), η απόσταση, το άνοιγμα, το υλικό πλήρωσης, η αντοχή των τοιχωμάτων, η τραχύτητα των τοιχωμάτων, οι συνθήκες του νερού. Άρα αναγκαία η γνώση τόσο των γεωμετρικών στοιχείων όσο και των παραμέτρων αυτών. αυτών Ακόμα για τον καθορισμό των δυνητικών αστοχιών χρειάζονται: τα γεωμετρικά στοιχεία του μελετούμενου πρανούς (φυσικού ή τεχνητού) και η γωνία τριβής του πλέον αντιπροσωπευτικού (κυρίαρχου) τύπου ασυνεχειών. 24
Οι ασυνέχειες διακρίνονται σε δύο κύριες κατηγορίες, όπως: ι. τις εσωτερικές ασυνέχειες, ιι. τις μηχανικές ασυνέχειες. Οι εσωτερικές ασυνέχειες, είναι μέρος της δομής του βραχώδους υλικού και δεν επηρεάζονται από τους διαβρωτικούς ή αποσαθρωτικούς παράγοντες (έχουν συνοχή). Οι μηχανικές ασυνέχειες, οι οποίες συνήθως είναι ανοικτές μπορεί να διακριθούν αδρά (πέρα από τη στρώση σχιστότητα) σε: διαρρήξεις- διακλάσεις (joints), ρωγματώσεις (fractures), ρήγματα (faults), επίπεδα διάτμησης (shear planes). 25
Οι διαρρήξεις διακλάσεις, διακλάσεις προκύπτουν από παραμορφώσεις που προκαλούνται από: Τεκτονική δράση δομικούς παράγοντες που διαγένεση, μεταμόρφωση κλπ. αναφέρονται στη λιθοποίηση, Οι παράγοντες αυτοί αναπτύσσονται με: την ψύξη (στερεοποίηση) στα εκρηξιγενή πετρώματα, τη συμπίεση στα ιζηματογενή ή και τις πιέσεις που ασκούνται κατά τη μεταμόρφωση. Γενικά πάντως υπάρχουν πολλοί τρόποι ανάπτυξης διαρρήξεων διακλάσεων. Οι ρωγματώσεις, ρωγματώσεις σχηματίζονται από παραμορφώσεις κυρίως λόγω των γεωμορφολογικών διεργασιών (π.χ. κατολισθήσεις), αλλά και των ανθρώπινων παρεμβάσεων (π.χ. εκρήξεις). Δεν παρουσιάζονται με τη μορφή συστημάτων, αλλά εντοπίζονται σε συγκεκριμένη περιοχή. 26
Τα ρήγματα και τα επίπεδα διάτμησης, διάτμησης είναι αποτέλεσμα ισχυρών τεκτονικών κινήσεων όπου ένα τέμαχος βραχομάζας κινείται σχετικά με γειτονικό του. Ειδικότερα, οι κυριότερες κατηγορίες ασυνεχειών, ασυνεχειών που μπορεί να απαντούν στα πετρώματα είναι οι ακόλουθες: Στρώση (Bedding plane) Σχιστότητα (Schistosity) Διαρρήξεις διακλάσεις (Joints) Ρήγματα (Faults) Σχισμός (Cleavage) Φύλλωση (Foliation) Η διάκριση των ασυνεχειών βοηθά στο να αποκτήσουμε μια ποιο εμπεριστατωμένη εικόνα αναφορικά με τη γεωμηχανική συμπεριφορά των βραχομαζών. Υπάρχει αδυναμία εντοπισμού των εσωτερικών ασυνεχειών (δεν είναι ορατές, αδύνατη η περιγραφή, ομαδοποίηση και ταξινόμησή τους), άρα μη εμφανής και η όποια συμβολή τους στη διαμόρφωση των μηχανικών ιδιοτήτων της βραχομάζας. βραχομάζας 27
Οι μηχανικές ασυνέχειες, είναι ορατές και αποκαλύπτουν εύκολα τις γεωπαραμέτρους τους, που είναι πολύ χρήσιμες στη μελέτη της γεωμηχανικής συμπεριφοράς της βραχομάζας. Παράμετροι περιγραφής ασυνεχειών Η συμπεριφορά των ασυνεχειών σχετίζεται με μια σειρά παραμέτρων, η γνώση των οποίων είναι αναγκαία για την κατανόηση της γεωμηχανικής συμπεριφοράς της βραχομάζας. Οι παράμετροι αυτές είναι: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Προσανατολισμός Απόσταση Συνέχεια Άνοιγμα Τραχύτητα Υλικό πλήρωσης Αντοχή τοιχωμάτων Συνθήκες νερού (Orientation) (Spacing) (Continuum) (Aperture) (Roughness) (Filling) (Wall strength) (Seepage) 28
29
Προσανατολισμός (Orientation) Αποτελεί σημαντική παράμετρο στην εκτίμηση της συμπεριφοράς της βραχομάζας από πλευράς ευστάθειας. Αν και οι ασυνέχειες δεν είναι επίπεδες επιφάνειες, πρακτικά θεωρούνται έτσι για την καταγραφή του προσανατολισμού τους στο χώρο. Για το σκοπό αυτό τα κύρια στοιχεία που καταγράφονται είναι τα ακόλουθα: Η διεύθυνση της ασυνέχειας (Strike), δηλαδή η τομή του επιπέδου της ασυνέχειας με το οριζόντιο επίπεδο. Για τη μέτρηση της διεύθυνσης αυτής, το μέτρο που χρησιμοποιείται είναι η γωνία που σχηματίζει η σχετική τομή με το βορρά. Η μέγιστη κλίση (Dip), δηλαδή η μέγιστη γωνία του επιπέδου της ασυνέχειας με το οριζόντιο επίπεδο. Η διεύθυνση (φορά) μέγιστης κλίσης (dip direction), δηλαδή η γωνία που σχηματίζεται από το βορρά και την ευθεία της τομής του επιπέδου της μέγιστης κλίσης με το οριζόντιο επίπεδο. 30
Με τις πυξίδες που σήμερα χρησιμοποιούνται (οικονομία χρόνου μετρήσεων στην ύπαιθρο), καταγράφονται η μέγιστη κλίση και η διεύθυνση μέγιστης κλίσης (π.χ. 35º/140º). Απεικόνιση των γεωμετρικών στοιχείων προσανατολισμού ασυνεχειών. Τα προγράμματα του Η/Υ που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση την επεξεργασία των στοιχείων είναι προσαρμοσμένα να δέχονται αυτόν τον τύπο καταγραφής. 31
Όμως η απόδοση των γεωμετρικών στοιχείων μιας ασυνέχειας με διεύθυνση και κλίση του επιπέδου τους, τους είναι χρήσιμη και πλέον κατανοητή για χρήστες που δεν είναι γεωτεχνικοί. Γι αυτό θα πρέπει τα κύρια επίπεδα να δίνονται και με τη μορφή αυτή. Για παράδειγμα η πιο πάνω μέτρηση που χρησιμοποιήθηκε θα γίνει: Β50ºΑ/35º ΝΑ/κά. ΝΑ/κά Η παρουσίαση και στατιστική επεξεργασία των μετρήσεων των ασυνεχειών, που σε κάθε θέση μελέτης πρέπει να είναι 100 ή και περισσότερες, έχει αποδειχθεί ότι γίνεται καλύτερα με τη χρήση των σφαιρικών προβολών. Η γεωλογική πυξίδα. Στη μικρή εικόνα φαίνεται η σωστή ρύθμιση (προσανατολισμός) του δίσκου της. Γενικά στη γεωτεχνική χρησιμοποιείται η ισοεμβαδική προβολή (equal area projection), που ονομάζεται ισοεμβαδική προβολή Lambert ή και δίκτυο Schmidt. Schmidt 32
Απόσταση (Spacing) Η απόσταση των ασυνεχειών ενός συστήματος αποτελεί σημαντική παράμετρο είτε από την πλευρά της περατότητας μιας βραχομάζας είτε από πλευράς τύπου αστοχίας (πολύ μικρή απόσταση ασυνεχειών μπορεί να προκαλέσει περιστροφική ολίσθηση). Με τη μέτρηση της απόστασης καθορίζονται οι διαστάσεις των τεμαχίων της βραχομάζας με την εκτίμηση των ακολούθων δύο δεικτών: (α) Id (ή δείκτης μεγέθους) που είναι ο λόγος του αθροίσματος των μέσων αποστάσεων των ασυνεχειών κάθε συστήματος προς τον αριθμό των ασυνεχειών. (β) Jv που αποτελεί το άθροισμα του αριθμού ασυνεχειών ανά m3. 33
Ο τελευταίος αποτελεί χρήσιμο δείκτη για υπολογισμό του R.Q.D στην ύπαιθρο όταν δεν υπάρχουν γεωτρήσεις, από τον τύπο: R.Q.D. = 115 3,3 x Jv (αν Jv <4,5, το R.Q.D. είναι 100%). Μπλοκ βραχομάζας που το διασχίζουν δύο συστήματα ασυνεχειών, με αποστάσεις d1 και d2. Η απόσταση των ασυνεχειών σύμφωνα με την I.S.R.M. (1981) διακρίνεται σε: Πάρα πολύ μικρή 2 cm Πολύ μικρή 2-6 cm Μικρή 6-20 cm Μέση 20-60 cm Μεγάλη 60-200 cm Πολύ μεγάλη 200-600 cm Πάρα πολύ μεγάλη > 600 cm Σημειώσεις μαθήματος 34
Συνέχεια (Continuity) Σε μια βραχομάζα άλλες ασυνέχειες διατέμνουν τη μάζα της σε μεγάλο μήκος, ενώ άλλες περιορίζονται από άλλα συστήματα ασυνεχειών. Για παράδειγμα οι επιφάνειες της στρώσης ή της σχιστότητας έχουν μεγάλη συνέχεια. Έτσι σε ένα πρανές μελέτης, η επιμονή της παρουσίας των ασυνεχειών του είναι σημαντική, καθώς όσο μεγαλύτερη η συνέχεια (αλλά βέβαια και η συχνότητα) τόσο χειρότερες είναι οι συνθήκες για τη βραχομάζα. Οι μεγάλης συνέχειας διαρρήξεις καθορίζουν συνήθως και τη συμπεριφορά της βραχομάζας από πλευράς αστοχίας, αφού (και εφόσον συνηγορούν και άλλοι παράγοντες) μπορεί να εκδηλωθεί αστοχία επιπέδου σε μια από αυτές. αυτές Γενικά από πλευράς συνέχειας η ταξινόμηση των ασυνεχειών έχει ως ακολούθως: 35
Πολύ μικρή Μικρή Μέτρια Μεγάλη Πολύ μεγάλη (<1m) (1-3m) (3-10m) (10-20m) (>20m) Άνοιγμα (Aperture) Άνοιγμα μιας ασυνέχειας θεωρείται η κάθετη απόσταση μεταξύ των τοιχωμάτων της, που μπορεί να προκύπτει είτε από φυσικά αίτια είτε από ανθρωπογενείς παρεμβάσεις (χρήση εκρηκτικών). Οι τελευταίες τοπικά αλλοιώνουν την πραγματική κατάσταση και επομένως απαιτείται προσοχή κατά τη μέτρηση της παραμέτρου αυτής. Ανάλογα με το άνοιγμα οι ασυνέχειες διακρίνονται σε: 36
Πολύ κλειστές (<0,1mm) Κλειστές (0,1-0,25mm) Μερικά ανοικτές (0,25-0,50mm) Ανοικτές (0,50-2,5mm) Μέτρια ευρείες (2,5-10mm Ευρείες (>10mm) Πολύ ευρείες (1-10cm) Εξαιρετικά ευρείες (10-100cm) Σπηλαιώδεις (>100cm) Τραχύτητα (Roughness) Μια επιφάνεια ασυνέχειας πετρώματος είναι γνωστό ότι πολύ σπάνια είναι επίπεδη και λεία. Συνήθως χαρακτηρίζεται από μια μεγάλου μήκους κυμάτωση (waviness), αλλά και μια μικρότερης έκτασης ανωμαλία, δηλαδή μικροτραχύτητα (asperity). Στο Σχήμα που ακολουθεί διακρίνονται οι δύο τύποι αυλάκωσης της επιφάνειας μιας ασυνέχειας. 37
Η τραχύτητα σαν γενικός όρος που περιλαμβάνει και τους δύο τύπους ανωμαλίας της επιφάνειας της ασυνέχειας είναι σημαντική για την αντοχή σε διάτμηση της βραχομάζας (η γωνία τριβής της ασυνέχειας είναι ίση με το άθροισμα φb+i, όπου φb είναι η βασική γωνία τριβής του υλικού και i είναι η γωνία της κύριας ανωμαλίας της ασυνέχειας). Οι δύο τύποι ανωμαλίας που χαρακτηρίζουν την επιφάνεια μιας ασυνέχειας. 38
Για να γίνει κατανοητή η σημασία της τραχύτητας της ασυνέχειας στην αντοχή της βραχομάζας, ας θεωρήσουμε κατ αρχήν: 1, Την περίπτωση λείας ασυνέχειας. ασυνέχειας Τότε και πάντα σύμφωνα με τον νόμο Mohr - Coulomb η διατμητική τάση τ θα είναι ίση με: τ = σn*εφφb, (Γ καμπύλη), όπου σn = η κατακόρυφη τάση και φb = η βασική γωνία τριβής του υλικού, δηλαδή δεν απαιτείται η θραύση των προεξοχών των ανωμαλιών. 2. Αν υπάρχει τραχύτητα στην ασυνέχεια αλλά όχι συγκόλληση των τοιχωμάτων, τοιχωμάτων τότε η διατμητική τάση ορίζεται σαν: τ = σn*εφ(φb+ i) (Α καμπύλη) και επιτυγχάνεται με μια αρχική διαστολή (διάτμηση επιφανειών) και ακολούθως με τη θραύση των προεξοχών λόγω τραχύτητας (εδώ η εμπλοκή της γωνίας τραχύτητας i). Σε αυτή την περίπτωση η διαστολή επιτυγχάνεται μόνο όταν η διατμητική τάση είναι τέτοια που μπορεί να εξουδετερωθεί η κατακόρυφη τάση που αντιστέκεται στη διαστολή. 3. Στην ακραία περίπτωση επουλωμένης ασυνέχειας (η επούλωση εισάγει την παράμετρο της συνοχής, c) ο τύπος διατμητικής τάσης έχει ως εξής: τ =c + σn*εφφb, (Β καμπύλη) 39
H σχέση διατμητικής και κατακόρυφης τάσης στους τύπους αστοχίας ανώμαλης ασυνέχειας (Α), επουλωμένης (Β) και λείας (Γ). Η διάκριση των ασυνεχειών από πλευράς τραχύτητας είναι ποιοτική, με όρους όπως: πολύ τραχεία, τραχεία, ελαφρώς τραχεία, ομαλή και λεία ή ολισθηρή. 40
Διάγραμμα τάσεων μετατοπίσεων (φr = παραμένουσα γωνία τριβής φ = γωνία τριβής). Στις ασυνέχειες, ο βαθμός αποσάθρωσης στη βραχομάζα σημαντικός, (αρχίζει από τις επιφάνειες των ασυνεχειών, καθώς το νερό εύκολα διεισδύει σε αυτές - αποσάθρωση σημαίνει μείωση της αντοχής). Ακόμα, η παρουσία οξειδίων σιδήρου κατά την αποσάθρωση διευκολύνουν την ομαλοποίηση της επιφάνειας άρα και την μετακίνηση. Το ίδιο συμβαίνει και με την παρουσία αργιλικών ορυκτών, που λιπαίνουν την επιφάνεια και οδηγούν σε διατμητική αστοχία. 41
Σύμφωνα με τον Barton, όπως διατυπώνεται και σε εργασία Barton Bandis, η σχέση διατμητικής και κατακόρυφης τάσης δίνεται από τον τύπο: τ = σn*εφ {φb + J.R.C. log10 (J.C.S./ σn)}, όπου: J.R.C. = Συντελεστής τραχύτητας (Joint Roughness Coefficient) υπολογίζεται από τυπικά προφίλ τραχύτητας, J.C.S. = Αντοχή των τοιχωμάτων της ασυνέχειας (Joint wall Compression Strength). Στο Σχήμα δίνονται τυπικά προφίλ ασυνεχειών με τις τιμές της παραμέτρου J.R.C. 42
Υλικό πλήρωσης (Filling material) Σημαντική είναι η παρουσία του υλικού πλήρωσης (πάχος, σύσταση κλπ), αφού σε συνδυασμό με την τραχύτητα της ασυνέχειας καθορίζουν την αντοχή της. Όσο αυξάνει το πάχος του υλικού πλήρωσης, τόσο η διατμητική αντοχή της ασυνέχειας μετατίθεται σε αυτό και επομένως μειώνεται, εκτός ελάχιστων εξαιρέσεων. Αν τελικά το πάχος του υλικού πλήρωσης ξεπεράσει το πλάτος της κυμάτωσης της ασυνέχειας τότε η αντοχή της ασυνέχειας είναι στην ουσία η αντοχή του υλικού πλήρωσης. πλήρωσης Η σύσταση επίσης του υλικού πλήρωσης είναι σημαντική, σημαντική αφού μπορεί αν είναι ασβεστιτική, χαλαζιακή κλπ να βελτιώσει την ασυνέχεια δηλαδή να αυξήσει την αντοχή της, ενώ αν είναι π.χ. αργιλική, η αντοχή είναι μικρή. Αντοχή τοιχωμάτων (Wall strength) Σημαντική παράμετρος είναι και η αντοχή των τοιχωμάτων που είναι συνάρτηση του βαθμού αποσάθρωσης. 43
Για τη μέτρηση της αντοχής των τοιχωμάτων χρησιμοποιείται η σφύρα Schmidt τύπου L. Λαμβάνονται πολλές μετρήσεις και εκτιμάται ο μέσος όρος του ανώτερου 50%. Υπάρχει νομόγραμμα όπου ανάλογα με τη γωνία προσέγγισης της επιφάνειας κατά τη μέτρηση και την ένδειξη υπολογίζεται η αντοχή σε MPa. Οι κατηγορίες διάκρισης του υλικού των τοιχωμάτων από πλευράς αντοχής είναι οι ακόλουθες: Πολύ μαλακό <10 Mpa Μαλακό 10-20 Mpa Μέτριο 20-50 Mpa Σκληρό 50-60 Mpa Πολύ σκληρό >60 MPa Θα πρέπει να τονισθεί ότι σημαντικό ρόλο στην αντοχή των τοιχωμάτων μιας ασυνέχειας παίζει ο βαθμός αποσάθρωσης αυτής. 44
Ροή νερού (Seepage) Η κυκλοφορία του νερού μέσα στις ασυνέχειες επιφέρει τη δράση χημικών φυσικών διεργασιών, άρα μεταβολές στην αντοχή, αντοχή την παραμορφωσιμότητα, παραμορφωσιμότητα ανθεκτικότητα κλπ. κλπ Επιπρόσθετα προκαλεί διαβρωτικές δράσεις δηλαδή αλλοίωση των τοιχωμάτων, όπως αποσάθρωση, αποσάθρωση καρστικοποίηση κλπ. Οι ασυνέχειες ανάλογα με το νερό που κυκλοφορεί και σύμφωνα με απλές περιγραφές που μπορεί να χρησιμοποιηθούν και για επιφανειακές παρατηρήσεις μπορεί να είναι : Στεγνές (Dry) Σε υγρή κατάσταση (Damp) Σε πολύ υγρή κατάσταση (Wet) Ροή στάγδην (Dripping) Συνεχής ροή (Flowing) 45
Στερεογραφική προβολή Η στερεογραφική προβολή χρησιμοποιείται ευρύτατα στους βασικούς πυλώνες της Γεωτεχνικής Μηχανικής, δηλαδή στην Τεχνική Γεωλογία, τη Βραχομηχανική και την Εδαφοδυναμική, για την καταγραφή και ανάλυση των τρισδιάστατων σχημάτων που προκύπτουν από την παρουσία των ασυνεχειών, ρηγμάτων κλπ μέσα στη μάζα του βράχου και όχι μόνον. Προϋποθέτει σφαίρα αναφοράς, αναφοράς η οποία είναι ελεύθερη να μετατοπισθεί αλλά όχι να περιστραφεί, περιστραφεί ούτως ώστε κάθε ακτίνα που ενώνει ένα σημείο της επιφάνειάς της με το κέντρο της να έχει συγκεκριμένη διεύθυνση στο χώρο. Υπάρχουν γενικά διάφορες μορφές στερεογραφικών προβολών με το συγκεκριμένο τρόπο απόδοσης στοιχείων που ενδιαφέρουν στις διάφορες αναλύσεις. Οι προβολές αυτές είναι οι εξής: εξής 46
Πίνακας προβολών Προβολή Ορθογραφική Γνωμονική Στερεογραφική Ισεμβαδική Τρόπος προβολής Πλεονεκτήματα Όλοι οι κύκλοι Από ορθή προβάλλονται προβολή σφαίρας ως ελλείψεις ή σε επίπεδο ευθείες γραμμές. Οι μεγάλοι κύκλοι Από το κέντρο της προβάλλονται σφαίρας ως ευθείες γραμμές. Από σημείο αντιδιαμετρικό του σημείου επαφής Μέσω τόξου από το σημείο επαφής της σφαίρας με το επίπεδο προβολής Όλοι οι κύκλοι επί της σφαίρας σχεδιάζονται ως κύκλοι στο επίπεδο. Διατηρούνται τα εμβαδά. Μειονεκτήματα Χρήση Μεγάλη παραμόρφωση κοντά στα άκρα. Κυρίως στην τεκτονική. Εξαιρετικά μεγάλη παραμόρφωση Ορυκτολογία Παραμόρφωση. Η πλέον διαδεδομένη προβολή. Μέτρια παραμόρφωση. Τεκτονική, Τεχν. Γεωλογία Βραχομηχανική, για στατιστική ανάλυση χωρικών δεδομένων 47
Προβολή αλληλοτεμνόμενων επιπέδων Τρόπος προβολής στις διάφορες μορφές Προβολή κυρίων τάσεων 48
Ορθογραφική προβολή Στερεογραφική προβολή Γνωμονική προβολή Ισοεμβαδική προβολή 49
Στερεογραφική προβολή Η στερεογραφική προβολή χρησιμοποιείται ευρύτατα στην Τεχνική Γεωλογία, στη βραχομηχανική την Τεκτονική κλπ για την επίλυση προβλημάτων που προκύπτουν από την παρουσία των ασυνεχειών μέσα στη μάζα των πετρωμάτων. Με την τοποθέτηση της σφαίρας σε θέση που το κέντρο της να βρίσκεται στο επίπεδο μιας ασυνέχειας, ασυνέχειας ο μέγιστος κύκλος που προκύπτει από την τομή του επιπέδου και της σφαίρας ορίζει κατά μοναδικό τρόπο τον προσανατολισμό του επιπέδου στο χώρο. χώρο Το επίπεδο αυτό μπορεί να ορισθεί από τον μέγιστο κύκλο της τομής του με τη σφαίρα ή από τον πόλο του επιπέδου, ο οποίος προκύπτει από την τομή της σφαίρας αναφοράς και μιας ευθείας κάθετης στο επίπεδο, από το κέντρο της σφαίρας. Από όλα τα παραπάνω διαπιστώνεται ότι η γεωτεχνική περιγραφή της βραχομάζας περιλαμβάνει περιγραφή του γεωλογικού σχηματισμού (πετρώματος) αλλά και περιγραφή των ασυνεχειών. Για παράδειγμα μπορεί να έχουμε: 50
Ψαμμίτης τεφρού χρώματος, ελαφρά αποσαθρωμένος, μεσόκοκκος στον οποίο επικρατούν δύο κύρια συστήματα ασυνεχειών και ένα δευτερεύον (μέτριος κερματισμός). Το πρώτο από τα τρία αυτά συστήματα αυτό με διεύθυνση Β600Α και κλίση 300 προς τα βορειοδυτικά ταυτίζεται με τη στρώση των ψαμμιτών και χαρακτηρίζεται από μεγάλη συνέχεια, απόσταση που κυμαίνεται από 10cm έως 20cm, άνοιγμα ολίγων mm, χωρίς πλήρωση και τραχείες επιφάνειες. Το δεύτερο σύστημα (διεύθυνση Β800Α και κλίση 300 N.NA/κά) χαρακτηρίζεται από μέτρια συνέχεια, απόσταση της τάξης των 60cm, τραχείες επιφάνειες, συνήθως κλειστές και τοπικά μόνο ανοικτές χωρίς πλήρωση. Το τρίτο σύστημα (διεύθυνση Β00Α και κλίση 750A) έχει μέτρια επέκταση, απόσταση 90cm, επιφάνειες τραχείες και ανοικτές ως 30cm. 51
Πρακτική σημασία της σφαιρικής προβολής των ασυνεχειών. Προσδιορισμός των δυνητικών αστοχιών αυτής Συστήματα ασυνεχειών από μετρήσεις υπαίθρου Μικροτεκτονική ανάλυση Με την καταγραφή πολλών ασυνεχειών (γεωλογική πυξίδα με τη μορφή μέγιστη κλίση και διεύθυνση μέγιστης κλίσης, Dip/Dip direction) μπορούμε να προσδιορίσουμε τα κυριότερα συστήματα ασυνεχειών που διατέμνουν τη βραχομάζα. Οι μετρήσεις πρέπει να ξεπερνούν τις 100 για να είναι αξιόπιστα τα αποτελέσματα (γραμμική μέθοδος λήψης μετρήσεων, με μήκος απογραφής περίπου 30m). Οι μετρήσεις αυτές συμβάλλουν σημαντικά στην κατανόηση της συμπεριφοράς της βραχομάζας, δεδομένου ότι η τυχόν παρουσία επιπέδων ασυνέχειας με δυσμενή προσανατολισμό αποτελεί σοβαρό παράγοντα χαλάρωσης και αστάθειας των πρανών γενικά. 52
Τυπικός πίνακας καταγραφής στοιχείων ασυνεχειών στην ύπαιθρο. 53
Η γεωμετρική διάταξη της προβολής αυτής που γίνεται με τη χρήση του νότιου ημισφαίριου. Η διάταξη αυτή, καθώς και η έννοια του πόλου του επιπέδου, φαίνονται στο επόμενο Σχήμα. Σφαιρική προβολή στο νότιο ημισφαίριο. Ισοεμβαδική προβολή Lambert ή δίκτυο Schmidt. Πόλος είναι το σημείο τομής της καθέτου στο επίπεδο της ασυνέχειας που ξεκινά από το κέντρο της σφαίρας προβολής, με το βόρειο ή νότιο ημισφαίριο αντίστοιχα. 54
Εάν χρησιμοποιηθεί μόνο το κάτω μισό της σφαίρας και προβληθούν τα στοιχεία που αναφέραμε στο οριζόντιο επίπεδο αναφοράς προκύπτει η διδιάστατη εικόνα της στερεογραφικής προβολής. Διακρίνεται σε: σε (α) ισοεμβαδική. Ίσα εμβαδά στη σφαίρα προβάλλονται σε ίσα εμβαδά (το δίκτυο εδώ ονομάζεται δίκτυο Schmidt). (β) ισογώνια. Εδώ διατηρούνται οι γωνίες (το δίκτυο εδώ ονομάζεται δίκτυο Wulf). Το δίκτυο Wulf είναι ένα δίκτυο ανάλογο του δικτύου Schmidt στο οποίο η απόσταση r της προβολής δίνεται από τον τύπο: r = 2R tan(θ/2). r =2 R sin((90-β)/2), όπου 90-β = θ και θ =η γωνιακή απόσταση του σημείου P Γεωμετρία ισεμβαδικής προβολής 55
Δίκτυο ισεμβαδικής προβολής (Schmidt) Το δίκτυο Schmidt προκύπτει από τη στερεογραφική προβολή των μεσημβρινών και παραλλήλων κύκλων μιας σφαίρας, σε ένα επίπεδο κάθετο στο ισημερινό επίπεδο, έτσι ώστε οι επιφάνειες της σφαίρας, δηλαδή τα τμήματα μεταξύ μεσημβρινών και παραλλήλων κύκλων, να προβάλλονται σε ισοεμβαδικές επιφάνειες, διαφορετικού όμως σχήματος. Άρα κάθε σημείο Ρ της σφαίρας, ακτίνας R και γωνιακής απόστασης θ, προβάλλεται στο δίκτυο, διατηρώντας το μήκος της χορδής του r, που δίνεται από τον τύπο r= 2R sin θ/2. 56
Η διαδικασία κυκλογραφικής προβολής του επιπέδου και του πόλου του στο νότιο ημισφαίριο, ακολουθείται από την προβολή αυτών στο οριζόντιο επίπεδο, που είναι γνωστό σαν δίκτυο Schmidt. Ο πόλος από τη διαδικασία αυτή είναι κατανοητό ότι απέχει 90º από το επίπεδο. Στην πράξη, μεταφέρουμε στο δίκτυο Schmidt τους πόλους των επιπέδων που μετρήσαμε, οπότε μπορούμε να προχωρήσουμε στη στατιστική τους επεξεργασία που τα τελευταία χρόνια γίνεται πλέον με τη χρήση ειδικών προγραμμάτων στον Η/Υ, όπως π.χ. το Dips. (α) Κυκλογραφική πολική προβολή και (β)στερεογραφική προβολή επιπέδου ασυνέχειας. 57
Σημαντικές είναι οι εφαρμογές του δικτύου Schmidt σε πάρα πολλά πεδία της Γεωτεχνικής Μηχανικής. Παράδειγμα πρώτο: Αστοχία επιπέδου και κώνος γωνίας τριβής Κώνος τριβής. Ολίσθηση επί του επιπέδου συμβαίνει όταν: (α) η γωνία του κεκλιμένου επιπέδου ψρ είναι μεγαλύτερη από την γωνία τριβής φ (ψρ>φ) (β) το διάνυσμα W βρίσκεται εκτός του κώνου τριβής. Απεικόνιση του κώνου τριβής στο κάτω ημισφαίριο αναφοράς. Στερεογραφική προβολή του κώνου τριβής. 58
Παράδειγμα δεύτερο: Διαγράμματα μηχανισμών γένεσης σεισμών μέσω της στερεογραφικής προβολής των χαρακτηριστικών διευθύνσεων για κάθε είδος ρήγματος. Οριζόντια μετάθεση Κανονικό ρήγμα Ανάστροφο ρήγμα P= άξονας συμπίεσης Τ = άξονας εφελκυσμού Ν = πόλοι επιπέδων Λοξά ανάστροφο ρήγμα 59
Στη γεωτεχνική λοιπόν χρησιμοποιείται η ισοεμβαδική προβολή (equal area projection), που είναι γνωστή σαν δίκτυο Schmidt. Έτσι μπορεί πάνω στο δίκτυο αυτό να αποτυπωθούν: 2. Μια ευθεία, 3. Ένα επίπεδο (π.χ. ασυνέχειας), 4. Αλληλοτομίες επιπέδων (π.χ. επίπεδα ασυνεχειών), 5. Πόλοι επιπέδων, 6. Μεταθέσεις περί άξονα ευθείας ή και επιπέδου, 7.Αστοχία επιπέδου, 8. Αστοχία σφήνας, 9. Αστοχία ανατροπής, και συνεπώς με σύντομη διαδικασία και σε ένα αρχικό στάδιο μελέτης, να διερευνηθούν γεωτεχνικά προβλήματα. Δηλαδή, για την κατανόηση της συμπεριφοράς της βραχομάζας κάτω από το συγκεκριμένο καθεστώς τεκτονικής διάρρηξης, αναγκαία είναι αρχικά η καταγραφή των πόλων και στη συνέχεια η ισοβαρής κατανομή αυτών. αυτών 60
Η αποτύπωση των πόλων στο δίκτυο Schmidt γίνεται με τη βοήθεια ριζόχαρτου ή άλλου τύπου διαφανούς χαρτιού. Για τη μέτρηση 140º/35º π.χ., αφού στο διαφανές χαρτί χαραχθεί ο περιφερειακός κύκλος του δικτύου, σημειώνεται το σημείο στην ένδειξη 140º και στη συνέχεια στρέφεται το χαρτί μέχρις ότου η ένδειξη του 140º συμπέσει με την Ανατολή. Ακολούθως μετράται πάνω στον άξονα Ανατολής Δύσης από το σημείο της ανατολής απόσταση 125º (35º+90º) και σημειώνεται ο πόλος. Έχοντας αποτυπώσει όλους τους πόλους που μετρήσαμε στην ύπαιθρο στο δίκτυο Schmidt με την παραπάνω διαδικασία, μπορούμε να κατανοήσουμε τη διάταξη στο χώρο των ασυνεχειών. Αυτό γίνεται με την εκατοστιαία συγκέντρωση των πόλων ανά μονάδα επιφάνειας της σφαίρας στο δίκτυο, δηλαδή σε κύκλο ακτίνας 1cm (το 10% της επιφάνειας του κύκλου του δικτύου). Γενικά η προβολή μικρών κύκλων της σφαίρας στο δίκτυο Schmidt αποδίδονται με τη μορφή έλλειψης. Καθώς η απόκλιση από την ακριβή μέτρηση είναι ελάχιστη, για λόγους απλότητας χρησιμοποιούμε κύκλο κατά την καταγραφή. καταγραφή 61
Η όλη διαδικασία γίνεται με την κατασκευή σε χαρτόνι κύκλου με ακτίνα 1cm, το οποίο κινούμε σε κάθε κορυφή του δικτύου και καταγράφομε την εκατοστιαία αναλογία των πόλων. Για παράδειγμα αν έχομε 120 μετρήσεις και μέσα στον κύκλο σε μια κορυφή 9 πόλους, η εκατοστιαία αναλογία είναι 7,5% και στη σχετική κορυφή του δικτύου Schmidt γράφομε τον αριθμό 7,5. Για τους πόλους που είναι κοντά στην περιφέρεια κατασκευάζουμε από χαρτόνι τον διπλού άκρου μετρητή του Schmidegg. Για τον υπολογισμό της εκατοστιαίας αναλογίας προσθέτουμε τους πόλους που υπάρχουν και στους δύο κύκλους. Ο τρόπος καταγραφής της εκατοστιαίας αναλογίας των πόλων, για το σχεδιασμό των καμπυλών ισοβαρούς κατάνομής. 62
Αφού ολοκληρωθεί αυτή η διαδικασία χαράσσονται οι ισοβαρείς καμπύλες, π.χ. ανά 10%, με διαφορετικό χρωματισμό, όσο προχωράμε προς τα τμήματα με αυξημένο ποσοστό. Οι πόλοι και η ισοβαρής κατανομή αυτών από συγκεκριμένη θέση με τη βοήθεια του προγράμματος Dips στον Η/Υ δίνονται στα επόμενα Σχήματα. Ισοβαρής κατανομή των πόλων. Το τμήμα του δικτύου με το μπλέ χρώμα είναι περιοχές με 0% κατανομή. 63
Καταγραφή των πόλων με τη βοήθεια του προγράμματος Dips στον Η/Υ. Ισοβαρής κατανομή των πόλων, με τη βοήθεια του προγράμματος Dips στον H/Y. 64
Σήμερα υπάρχουν ειδικά προγράμματα στον Η/Υ που δεχόμενα τις μετρήσεις υπαίθρου με τη μορφή μέγιστη κλίση και διεύθυνση μέγιστης κλίσης, υπολογίζουν τη θέση των πόλων και την ισοβαρή κατανομή αυτών, από την οποία προκύπτουν τα κύρια συστήματα ασυνεχειών. ασυνεχειών Συγκεκριμένα η επεξεργασία των στοιχείων συνήθως γίνεται με τη χρήση του προγράμματος DIPS, που βασίζεται σε στερεογραφική προβολή ίσης επιφάνειας (equal area) στο κάτω ημισφαίριο. Μορφές δυνητικών αστοχιών Διάφοροι τύποι αστοχιών πρανών συνδέονται με τις διάφορες γεωλογικές δομές και επομένως είναι πολύ σημαντικό σε προκαταρκτική φάση να είναι γνωστά τα προβλήματα δυνητικής αστάθειας που μπορεί να αντιμετωπιστούν, ώστε να γίνουν οι κατάλληλες τροποποιήσεις που θα ευνοούν την ευστάθεια του χώρου έρευνας, πριν οδηγηθεί με πληρέστερες μελέτες ανάλυσης στον προσδιορισμό του σωστού συντελεστού ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΙΙ ασφάλειας. 65
Σε πρώτη ανάλυση και με: nτα γεωμετρικά στοιχεία των ασυνεχειών nτα γεωμετρικά στοιχεία του (ή των) πρανούς (-ων), και nτης γωνίας τριβής της ασυνέχειας, διαμορφώνεται η στερεογραφική παρουσίαση των τεκτονικών συνθηκών και η εκτίμηση των πιθανών τύπων δυνητικής αστοχίας που μπορεί να εκδηλωθούν με τη μορφή "επιπέδου" ή και "σφήνας". Ένας άλλος τύπος αστοχίας είναι οι ανατροπές τεμαχίων βραχομάζας (Toppling), που αντιστοιχούν σε συγκεντρώσεις πόλων κοντά στην περιφέρεια του κύκλου και προς την πλευρά του επιπέδου του πρανούς. Έτσι είναι δυνατόν να διατυπωθούν: οι σχετικοί σχολιασμοί για τις ασφαλείς κλίσεις που μπορεί να διαμορφωθούν στα πρανή των υπόψη θέσεων ή και η αλλαγή προσανατολισμού της χάραξης. χάραξης τα μέτρα αντιμετώπισης του προβλήματος (π.χ. επενδύσεις με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα, αγκυρώσεις, μεταλλικά πλέγματα, αναβαθμοί με ηπιότερες κλίσεις κλπ). 66
Αστοχία σφήνας Αστοχία σφήνας (wedge failure) διαμορφώνεται από δύο επίπεδα που τέμνουν την επιφάνεια του πρανούς αλλά και αλληλοτέμνονται σε κάποια θέση δίνοντας μια γραμμή διατομής εσωτερικά της επιφάνειας του πρανούς. Για να εκδηλωθεί αστοχία σφήνας δηλαδή για να αποσπασθεί το τμήμα της βραχομάζας που οριοθετείται από τα δύο αλληλοτεμνόμενα επίπεδα ασυνεχειών, πρέπει να ικανοποιούνται οι ακόλουθες συνθήκες: Η διεύθυνση του πρανούς και της σφήνας να συμφωνούν, Τα δύο επίπεδα να τέμνουν την επιφάνεια του πρανούς και να αλληλοτέμνονται. Η γραμμή διατομής των επιπέδων να σχηματίζει γωνία με το οριζόντιο επίπεδο που να είναι μεγαλύτερη της γωνίας τριβής της βραχομάζας, αλλά μικρότερη της γωνίας του επιπέδου του πρανούς. 67
Η πλέον αναγκαία συνθήκη για αστοχία σφήνας (ψf >ψj >φ) Η ολίσθηση θα σημειωθεί κατά μήκος της γραμμής διατομής των δύο επιπέδων, εφ όσον η εφαρμογή του ανύσματος της διεύθυνσης μέγιστης κλίσης αυτών βρίσκεται εκτός ζώνης δυνητικής αστάθειας. αστάθειας Αν αυτή του ενός επιπέδου βρίσκεται εντός της ζώνης αστάθειας, τότε η ολίσθηση της σφήνας θα γίνει κατά μήκος του υπόψη επιπέδου. 68
Αστοχία σφήνας με ολίσθηση κατά μήκος της γραμμής διατομής των δύο επιπέδων (πρώτος κύκλος) και με ολίσθηση μόνο κατά μήκος του ενός επιπέδου (δεύτερος κύκλος). Γενικά διαπιστώνεται ότι σε περίπτωση αστοχίας σφήνας ο συντελεστής ασφάλειας του πρανούς εξαρτάται: (α) από τη βύθιση της γραμμής διατομής των δύο επιπέδων, (β) τη διατμητική αντοχή της επιφάνειας των ασυνεχειών, (γ) τη γεωμετρία της σφήνας. 69
Αστοχία Επιπέδου Η αστοχία επιπέδου (plane failure) που αποτελεί ειδική περίπτωση αστοχίας σφήνας (παραλληλισμός των δύο επιπέδων), για να συμβεί θα πρέπει: Η περιοχή αστοχίας να οριοθετείται από εγκάρσιες στο πρανές ασυνέχειες, Το επίπεδο της ασυνέχειας να μη σχηματίζει με το επίπεδο του πρανούς γωνία μεγαλύτερη των 20 και Να ισχύει η σχέση φf >φp >φ (η γωνία του πρανούς να είναι μεγαλύτερη αυτής του επιπέδου και εκείνη με τη σειρά της μεγαλύτερη αυτής της γωνίας τριβής). Στο Σχήμα που ακολουθεί δίνονται σχηματικά οι συνθήκες που πρέπει να πληρούνται για αστοχία επιπέδου και σφήνας αντίστοιχα. 70
Σχηματική απεικόνιση των συνθηκών για την εκδήλωση αστοχιών επιπέδου και σφήνας σε βραχώδη πρανή. 71
Ανατροπή Αναφέρθηκε ήδη ότι ένας πρόσθετος τύπος αστοχίας στα βραχώδη πρανή είναι οι ανατροπές (toppling), που μπορεί να συμβούν σε επίπεδα ασυνεχειών με μεγάλη κλίση, δηλαδή με συγκέντρωση πόλων κοντά στην περιφέρεια του δικτύου Schmidt και προς την πλευρά του επιπέδου του πρανούς. Στο Σχήμα δίνεται τύπος αστοχίας ανατροπής, όπου διακρίνεται η μεγάλη έως και ανάστροφη κλίση των επιπέδων ασυνέχειας. Τύπος αστοχίας ανατροπής (toppling). 72
Διάφοροι τύποι δυνητικών αστοχιών σε πρανή εκσκαφής, π.χ. ανοικτού μεταλλείου. 73
Μέθοδος περιβάλλουσας ασυνεχειών που αναδύονται στο πρανές (Daylight envelope) Η περιβάλλουσα ασυνεχειών, αποτελεί το γεωμετρικό τόπο των πόλων των ασυνεχειών των οποίων η διεύθυνση μέγιστης κλίσης κείται στο επίπεδο του μετώπου του πρανούς έρευνας. έρευνας Συνεπώς οι πόλοι που περικλείονται, εκπροσωπούν επίπεδα ασυνεχειών που αναδύονται στο πρανές. Η μέθοδος κατασκευής της περιβάλλουσας, με παράδειγμα επιπέδου πρανούς 40º / 130º είναι η ακόλουθη: (α) Πρώτα σχεδιάζεται ο μέγιστος κύκλος του επιπέδου επιφάνειας του πρανούς και ο πόλος του, σε διαφανές επί του δικτύου Schmidt. (β) Ακολούθως, η γραμμή διεύθυνσης του επιπέδου του πρανούς φέρεται στην ένδειξη των 20º στην περιφέρεια του κύκλου του δικτύου και σχεδιάζεται το σημείο που απέχει 90º από το σημείο τομής του μέγιστου κύκλου του επιπέδου του πρανούς και της γραμμής Α-Δ. (γ) Το βήμα (β) επαναλαμβάνεται σε διαστήματα των 20º μέχρις ότου το διαφανές έχει περιστραφεί 180º από την αρχική του θέση. Ενώνουμε τα σημεία που προκύπτουν και έτσι σχηματίζεται η περιβάλλουσα (Daylight envelope). 74
Διαδικασία κατασκευής περιβάλλουσας για τις αστοχίες επιπέδου. (α) κατασκευή επιπέδου πρανούς και πόλου, (β) κατασκευή περιβάλλουσας, (γ) έλεγχος ανάδυσης πόλου ασυνέχειας μέσα στην περιβάλλουσα. Εφαρμογή της περιβάλλουσας στην κατανόηση της εκδήλωσης αστοχιών Αστοχίες επιπέδου Για τα επίπεδα που κλίνουν προς το πρανές σχεδιάζεται ο πόλος τους. Αν αυτός αναδύεται στο χώρο που περικλείει η περιβάλλουσα, τότε υπάρχει κίνδυνος δυνητικής αστάθειας και συνεπώς εκδήλωσης αστοχίας επιπέδου. Αν ο πόλος εντοπίζεται εκτός τότε δεν υπάρχει κίνδυνος δυνητικής αστάθειας. 75
Αστοχίες σφήνας Δυνητική αστοχία σφήνας είναι δυνατή αν ο πόλος της γραμμής διατομής των δύο επιπέδων ασυνεχειών αναδύεται στο χώρο που περικλείει η περιβάλλουσα. περιβάλλουσα Η γραμμή αυτή της διατομής δύο επιπέδων ασυνεχειών βρίσκεται, αν στο δίκτυο Schmidt αποτυπωθούν τα δύο επίπεδα των ασυνεχειών και στη συνέχεια μετρηθεί η κλίση και η διεύθυνση του σημείου τομής τους, του οποίου ο πόλος είναι εύκολο επίσης να αποτυπωθεί στο διαφανές. 76
Έχοντας ήδη σχεδιάσει την περιβάλλουσα για το συγκεκριμένο επίπεδο πρανούς, αν επαναφέρουμε το διαφανές στη θέση του μπορούμε να διαπιστώσουμε τη θέση του πόλου της τομής των επιπέδων σε σχέση με την περιβάλλουσα. Αν αυτός ο πόλος βρίσκεται μέσα στο χώρο που περικλείει η περιβάλλουσα, τότε η γραμμή διατομής των δύο επιπέδων των ασυνεχειών αναδύεται στο πρανές και επομένως υπάρχει πιθανότητα εκδήλωσης δυνητικής αστοχίας σφήνας. Ανατροπή Αστοχίες με τη μορφή ανατροπών συμβαίνουν αν η διεύθυνση των επιπέδων των ασυνεχειών αποκλίνουν εκατέρωθεν του επιπέδου του πρανούς κατά 10º έως 30º. Έτσι αν σχεδιαστεί στο δίκτυο Schmidt μια περιβάλλουσα ανατροπής, θα είναι εύκολο να πει κανείς αν έχει αστοχία ανατροπής. Η διαδικασία σχεδιασμού της περιβάλλουσας ανατροπής, ανατροπής γίνεται για παράδειγμα σε ένα επίπεδο πρανούς 70º/130º και γωνία τριβής σχηματισμού 30º. 77
Πρώτα σχεδιάζεται το επίπεδο του πρανούς με τα γνωστά και στη συνέχεια χαράσσεται ο μέγιστος κύκλος στις 40º, που αντιπροσωπεύει το επίπεδο 30º κάτω από το επίπεδο του πρανούς (δηλαδή τη γωνία τριβής). Στη συνέχεια χαράσσονται οι μικροί κύκλοι σε απόσταση 10º ή και μέχρι τις 30º εκατέρωθεν της γραμμής Α-Δ, ανάλογα με το πρόβλημα. Η περιβάλλουσα ανατροπής οριοθετείται από τους μικρούς αυτούς κύκλους, το μέγιστο κύκλο στις 40º και την περιφέρεια του δικτύου Schmidt. Με την επαναφορά του διαφανούς στην κανονική διάταξη, η περιβάλλουσα ανατροπής έρχεται επίσης στη σωστή της θέση. Αν οι πόλοι των επιπέδων των ασυνεχειών θα αναδύονται μέσα σε αυτή, τότε υπάρχει δυνητικά ο κίνδυνος αστοχιών ανατροπής. Διαδικασία κατασκευής και χρήσης περιβάλλουσας για αστοχίες ανατροπής (toppling). 78
Ανάλυση αστοχιών με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού. Η συναξιολόγηση των γεωμετρικών στοιχείων των συστημάτων ασυνεχειών με την παράταξη των τεχνητών πρανών αλλά και τις παραμέτρους διατμητικής αντοχής της βραχομάζας, οδηγούν στην πλήρη κατανόηση του τρόπου συμπεριφοράς του γεωλογικού σχηματισμού από πλευράς αστοχιών. Από την αρχική αξιολόγηση των συστημάτων που μετρήθηκαν στην ύπαιθρο, προκύπτουν τα βασικά συστήματα ασυνεχειών, που δίνονται σε πίνακα π.χ σαν αυτόν που ακολουθεί. Πίνακας συστημάτων ασυνεχειών που επικρατούν σε θέση έρευνας. Α/Α Διεύθυνση Κλίση Χαρακτηρισμός 1. Β 09 Ο Δ 84 Ο ΑΒΑ Στρώση, κύριο 2. Β 70 Ο Δ 46 Ο ΒΑ Διάρρηξη, κύριο 3. Β 61 Ο Α 72 Ο ΝΑ Διάρρηξη, δευτερεύον 4. Β 10 Ο Α 74 Ο ΑΝΑ 5. Β 79 Ο Α 69 Ο ΒΔ Διάρρηξη, κύριο Διάρρηξη, δευτερεύον 79
Πέρα από τα γεωμετρικά στοιχεία το πρόγραμμα δέχεται και άλλα χαρακτηριστικά των ασυνεχειών όπως: την τραχύτητα, τραχύτητα την απόσταση, απόσταση το είδος της ασυνέχειας (στρώση, σχιστότητα, διαρρήξεις κλπ) τα οποία μπορεί να αξιολογήσει διαμορφώσει σχετικά ραβδογράμματα. ραβδογράμματα (κυρίως ποιοτικά) και να Στα Σχήματα που ακολουθούν δίνονται τα κυριότερα συστήματα ασυνεχειών και η απεικόνιση της δυνητικής αστάθειας σε συγκεκριμένη θέση διπλού ορύγματος οδικού άξονα, όπου η γωνία τριβής ήταν 35, ενώ το πρανές είχε γεωμετρικά στοιχεία 70 / 160 και 70 / 340. Σημειώσεις μαθήματος 80
Καταγραφή των πόλων με τη βοήθεια του προγράμματος Dips στον Η/Υ. Ισοβαρής κατανομή των πόλων, με τη βοήθεια του προγράμματος Dips στον H/Y. Σημειώσεις μαθήματος 81
Τα κύρια συστήματα ασυνεχειών που προκύπτουν Σημειώσεις μαθήματος Οι δυνητικές αστοχίες 82
Από το συνδυασμό των επιπέδων του 3ου συστήματος με αυτά των επιπέδων 1ου, και 2ου, αλλά και από το συνδυασμό των επιπέδων του 2ου με αυτά των επιπέδων 1ου, είναι δυνατόν να σημειωθούν αστοχίες με τη μορφή σφήνας. Επίσης είναι δυνατόν να εκδηλωθεί αστοχία επιπέδου από τις ασυνέχειες του 2ου συστήματος. Έτσι και προκειμένου να αποφευχθούν οι δυνητικοί τύποι των αστοχιών που προαναφέρθηκαν, αναφορικά με το τεχνητό πρανές που μελετήθηκε, θα πρέπει οι κλίσεις αυτού να μην υπερβαίνουν τις 40 για τις συνήθεις δυνητικές αστοχίες. Ακόμα μπορεί να αλλάξει η διεύθυνση του πρανούς αν αυτό είναι εφικτό για το έργο. Στην περίπτωση πολύ υψηλών πρανών, το πρόβλημα θα μπορούσε για παράδειγμα να αντιμετωπιστεί με τη διαμόρφωση αναβαθμών κατάλληλης κλίσης. Τέλος η έσχατη λύση αν τίποτε από τα παραπάνω μπορεί να επιτευχθεί είναι η βελτίωση και αντιστήριξη του πρανούς. Σημειώσεις μαθήματος 83