ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Ι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ ΜΕΤΑΛΛΟΥΡΓΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΑ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Ι ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ Διάλεξη 4η Σελίδα 1

2β. Βραχώδεις σχηματισμοί Στους βραχώδεις σχηματισμούς οι επιτόπου δοκιμές κατηγοριοποιούνται σε: Δοκιμές Υδροπερατότητας Δοκιμές Αντοχής Δοκιμές Παραμορφωσιμότητας Ι. Δοκιμές υδροπερατότητας Δοκιμές εισπίεσης νερού (Pumping-in tests) χρησιμοποιούνται επίσης για τον προσδιορισμό του συντελεστή υδροπερατότητας των βραχωδών μαζών. Πρόκειται για δοκιμές που γίνονται με τη βοήθεια ελαστικών παρεμβυσμάτων (Lugeon tests) και οι οποίες δίνουν τα απαραίτητα στοιχεία για την κατανόηση της κυκλοφορίας του νερού λόγω της δευτερογενούς κυρίως περατότητας της βραχομάζας. Ια. Δοκιμή Lugeon Πρόκειται για τη δοκιμή που έχει πάρει το όνομά της από το όνομα Γάλλου ερευνητή που πρώτος τη χρησιμοποίησε (Lugeon test). Στη δοκιμή αυτή το δοκιμαζόμενο τμήμα, μήκους συνήθως 3-5m, από τον πυθμένα της γεωτρήσεως, απομονώνεται από πάνω με ένα παρέμβυσμα (packer) το οποίο διογκούμενο με κατάλληλη τεχνική, εφάπτεται ερμητικά με τα τοιχώματα της γεώτρησης, έτσι ώστε κατά τη διάρκεια της δοκιμής να μην επιτρέπει διαφυγές νερού. Μετά την απομόνωση, εισπιέζεται νερό με τη βοήθεια αντλίας. Ένα μανόμετρο, ένας υδρομετρητής και μία βαλβίδα ανακούφισης, προσαρμοσμένα σε κατάλληλο αεριοφυλάκιο, επιτρέπουν την μέτρηση της ποσότητας νερού που απορροφήθηκε, για κάθε πίεση που εφαρμόσθηκε. Η δοκιμή εκτελείται με την εφαρμογή πίεσης κατά βαθμίδες. Για κάθε σταθερή πίεση, η ποσότητα που απορροφάται μετριέται σε μια διάρκεια 5 ή καλύτερα 10min. Η δοκιμή γίνε Σελίδα 2

ται με την εφαρμογή κατάλληλα επιλεγμένων πιέσεων για το συγκεκριμένο τεχνικό έργο, σε αύξουσα σειρά μέχρι μια μέγιστη τιμή πίεσης και συνεχίζεται κατά φθίνουσα σειρά με πιέσεις αντίστοιχες της αύξουσας σειράς. Στην πίεση που εφαρμόζεται προστίθεται και η πίεση που δημιουργεί η στήλη της δοκιμής (για παράδειγμα δοκιμή σε βάθος 10 μέτρων επιφέρει αύξηση πίεσης κατά μία (1) ατμόσφαιρα), ενώ πρέπει να αφαιρούνται και οι απώλειες πίεσης λόγω τριβών στην κίνηση του νερού μέσω του δικτύου της δοκιμής. Η τελευταίες είναι συνήθως πολύ μικρές και δύσκολο να μετρηθούν. Έτσι, δεν λαμβάνονται υπόψη. Η δοκιμή μπορεί να εκτελεστεί και σε ανιόντα βήματα μέσα σε γεώτρηση που έχει ήδη ανορυχθεί, με τη βοήθεια διπλών παρεμβυσμάτων (Packers), που διογκώνονται με τη βοήθεια παροχέτευσης σε αυτά πεπιεσμένου αέρα. Ακόμα, για να μην αντιμετωπίζονται προβλήματα απωλειών σε πολύ κερματισμένα πετρώματα, χρησιμοποιούνται συστήματα πολλαπλών παρεμβυσμάτων. Τυπική διάταξη δοκιμής Lugeon απλού παρεμβύσματος με τη στάθμη του υπεδαφικού νερού είτε πάνω από το εισπιεζόμενο τμήμα της γεώτρησης είτε κάτω από αυτό. Σελίδα 3

Συνήθως κατά την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων δίνεται η σχέση απωλειών και εφαρμοζόμενων βαθμίδων πίεσης, ενώ οι μετρήσεις της υδροπερατότητας σε μονάδες Lugeon. Μια μονάδα Lugeon, είναι η υδροπερατότητα που έχει μια βραχώδης μάζα κάτω από πίεση 10 Atm (φορτίο 100m πάνω από τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα), όταν ένα (1) m γεώτρησης διαμέτρου ΝΧ (76 mm) σε αυτή τη βραχομάζα επιτρέπει απώλειες ενός (1) λίτρου νερού ανά λεπτό. Τυπική διάταξη οργάνων διπλού παρεμβύσματος για τη μέτρηση του συντελεστή υδροπερατότητας σε βραχώδεις σχηματισμούς. Εξυπακούεται ότι είναι πολύ δύσκολο και η μέγιστη πίεση να ξεπεράσει τις 10 Atm για να έχουμε τις μονάδες Lugeon για το σχηματισμό που εξετάζεται, αλλά και η μετατροπή των μονάδων αυτών σε τιμές του συντελεστή υδροπερατότητας k είναι πολύ δύσκολη λόγω των στοιχείων τυποποίησης της δοκιμής (δεν λαμβάνεται υπόψη Σελίδα 4

πλήρως η γεωμετρία του εισπιεζόμενου τμήματος κλπ). Επί πλέον η έλλειψη ομοιογένειας στις κερματισμένες βραχομάζες μπορεί να οδηγήσει σε λάθος υπολογισμό του k. Εν τούτοις, για πρακτικούς λόγους εφαρμογής έχει καθιερωθεί ένας παράγοντας μετατροπής των μονάδων Lugeon σε τιμές συντελεστή k που εξισώνει 1 Lugeon με 10-5 cm/sec (10-7 m/sec). Δοκιμή Lugeon Πίεση Δοκιμής (Atm) 6 4 2 0 0 10 20 30 Απώλειες σε lit/min/m Διάγραμμα απωλειών για τις βαθμίδες πίεσης που εφαρμόστηκαν σε δοκιμή Lugeon. Έτσι, έχουν διαμορφωθεί διάφοροι τύποι υπολογισμού του συντελεστή k. Τα δεδομένα αλλά και οι παράγοντες που προσδιορίζονται για τον υπολογισμό του συντελεστή k κατά τη δοκιμή Lugeon φαίνονται στον επόμενο πίνακα. Ο υπολογισμός της υδροπερατότητας στη συγκεκριμένη περίπτωση, γίνεται βάσει του τύπου: k (cm / sec) = Q 2π LP ln 2 L D, όπου L 5D και: Q = οι απώλειες σε cm3/sec (lit/min), L = το μήκος του εισπιεζόμενου τμήματος σε cm, Σελίδα 5

P = η πίεση της δοκιμής σε cm (atm), D = η διάμετρος της οπής της γεώτρησης σε cm. Δεδομένα και προσδιοριζόμενοι παράμετροι στον υπολογισμό του συντελεστή k από τη δοκιμή Lugeon. ΔΕΛΤΙΟ ΔΟΚΙΜΗΣ ΕΙΣΠΙΕΣΗΣ ΚΑΤΑ LUGEON ΕΡΓΟ: ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΛΙΜΝΟΔΕΞΑΜΕΝΗΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗ: Γ-2 ΒΑΘΟΣ ΓΕΩΤΡΗΣΗΣ: 24,70 m Τμήμα υπό δοκιμή: 19,70 24,70 Διάμετρος Διάμετρος Στάθμη Στάθμη οπής L= 5,00 Υψος στελεχών πριν τη μετά τη μανομέτρου γεώτρησης εισπίεσης δοκιμή δοκιμή m Μέσος Πιέσεις Ανάγνωση από κεφαλή δοκιμής 2r όρος Χρόνος υδρομέτρου Απορρόφηση Απώλειες απωλειών Q Απώλειες ανά μέτρο P P cor P tot mm mm m m m atm atm atm min lit lit lit/min lit/min Q L 3 lit/min/m cm /sec cm P r k cm cm cm/sec 86 54 6,80 6,90 0,7 2 0,75 2,75 5 887,000 87,000 17,4 17,4 3,48 500 2750 4,3 1,60E-04 311,000 62,2 62,2 12,44 1036,67 500 3750 4,3 4,19E-04 620,000 124 124 24,80 2066,67 500 5750 4,3 5,44E-04 389,000 77,8 77,8 15,56 1296,67 500 3750 4,3 5,23E-04 223,000 44,6 44,6 8,92 743,333 500 2750 4,3 4,09E-04 290 974,000 3 0,75 3,75 5 974,000 1285,000 5 0,75 5,75 5 1285,000 1905,000 3 0,75 3,75 5 1905,000 2294,000 2 0,75 2,75 5 2294,000 2517,000 Τύποι σαν τον παραπάνω για τη μέτρηση του k χρησιμοποιούνται κυρίως για πορώδη πετρώματα ή πετρώματα με πολύ πυκνό δίκτυο λεπτών ρωγμών και δεν διαφέρουν από αυτούς της μεθόδου Lefranc, καθώς το πέτρωμα εξομοιώνεται με έδαφος αυξημένης περατότητας, αλλά εφαρμόζονται κατ επέκταση και στις άλλες περιπτώσεις στην πράξη. Γενικά η υδροπερατότητα που μετράται κατά τη δοκιμή Lugeon σχετίζεται με τον αριθμό, το εύρος και το υλικό πλήρωσης των ασυνεχειών, αλλά και με τη συμπεριφορά αυτών κατά τη διάρκεια της δοκιμής, δηλαδή αν ξεπλένονται, αποφράσσονται, διαστέλλονται κλπ. Επιπρόσθετα υπάρχουν πέντε τιμές k για κάθε δοκιμή, δηλαδή όσες και τα βήματα αυτής. Για το λόγο αυτό είναι πολύ χρήσιμο κατ αρχήν από τις τιμές Lugeon για κάθε βήμα δοκιμής να καθορίζεται ο τύπος ροής και να περιγράφονται τα αποτελέσματα της δοκιμής. Έτσι, μπορεί να βρεθεί ο κα Σελίδα 6

λύτερος τρόπος υπολογισμού του συντελεστή υδροπερατότητας. Διαγραμματικά οι πιθανοί τύποι ροής που μπορεί να προκύψουν κατά την εκτέλεση μιας δοκιμής Lugeon φαίνονται στο επόμενο σχήμα. Τυπικές μορφές ροής που προκύπτουν από την εκτέλεση της δοκιμής Lugeon. Ο τρόπος υπολογισμού του συντελεστή υδροπερατότητας (Houlsby, 1976) δίνεται στον πίνακα που ακολουθεί. Τύποι ροής, περιγραφή αποτελεσμάτων από τη δράση αυτών και καθορισμός του τρόπου προσδιορισμού της υδροπερατότητας. Οι μονάδες Lugeon ή και οι τιμές του k που προκύπτουν από αυτές για μια βραχομάζα αποτελούν σημαντικό πα Σελίδα 7

ράγοντα στην εκτίμηση των διαρροών κάτω από ένα τεχνικό έργο και κατ επέκταση στον καθορισμό των μεθόδων περιορισμού των διαφυγών. Σημειώνεται ότι ο χαρακτηρισμός της υδροπερατότητας γίνεται σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα κατάταξης (Bulletin of IAEG, 1979). Κατηγορίες υδροπερατότητας με βάση το συντελεστή k. ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Πολύ Υψηλής Υδροπερατότητας Υψηλής Υδροπερατότητας Μέσης Υδροπερατότητας Χαμηλής Υδροπερατότητας Πολύ Χαμηλής Υδροπερατότητας Πρακτικά Αδιαπέραστος cm/sec >1 1 10-2 10-3 10-5 < 10-7 - 10-2 10-3 10-5 10-7 m/sec > 10-2 10-2 10-4 10-5 10-7 <10-9 - 10-4 10-5 10-7 10-9 Εύρος κύμανσης του συντελεστή k για μερικές από τις πλέον σημαντικές κατηγορίες εδαφών ή και βραχωδών μαζών. Κύμανση του συντελεστή υδροπερατότητας για διάφορες κατηγορίες γεωλογικών σχηματισμών. 100 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 Καθαρά χα- Καθαρές άμμοι & Πολύ λε- Μη ρωγμα- Συνεκτικές άρλίκια αμμοχάλικα πτόκοκκες άμ- τωμένες άρ- γιλοι χωρίς μοι, ιλύες & γιλοι & αρ- ρωγμάτωση φυλλώδεις αρ- γιλοϊλύες γιλοϊλύες. (με άργιλο >20%) Ξηρές και ρωγματωμένες άργιλοι Βραχομάζα πορωδών και σπηλαιωδών βασαλτών ή και σπηλαιωδών ανθρακικών πετρωμάτων Βραχομάζα ψαμμιτών και κερματισμένων εκρηξιγενών και μεταμορφωμένων πετρωμάτων Βραχομάζα αρ- Μαζώδη σχιστολιθικών γιλολίθων, ιλυο- & γρανιτικών πετρωλιθικών και σχι- μάτων στολίθων Σχηματισμοί πολύ υψηλής έως Σχηματισμοί πτωχής υδροπε- Πρακτικά στεγαυψηλής υδροπερατότητας ρατότητας νοί σχηματισμοί 1 Μονάδα Lugeon (1UL)πρακτικά ισοδυναμεί με k = 1 x10-5 cm/sec Αξιοποίηση δοκιμών με τη χρήση παρεμβυσμάτων Οι δοκιμές με την εφαρμογή παρεμβυσμάτων είναι πολύ Σελίδα 8

χρήσιμές για τον καθορισμό της υδροπερατότητας βραχωδών μαζών και κατ επέκταση των διαρροών σε περιοχές τεχνικών έργων όπως αυτά που αφορούν σε κατασκευές συγκράτησης νερού (π.χ. φράγματα, λιμνοδεξαμενές, κλπ). Ακόμα μπορεί να χρησιμοποιηθούν και για τον καθορισμό της κατάστασης του κερματισμού μιας βραχομάζας. Αναλυτικότερα, για τα φράγματα επικρατεί η άποψη (Lugeon, 1932) ότι: Για φράγματα πάνω από 30m ύψος η βραχομάζα θε- μελίωσης θεωρείται στεγανή αν οι απώλειες είναι μικρότερες των 1-2 μονάδων Lugeon (U.L.). Για φράγματα μέχρι ύψους 30m το αντίστοιχο αποδε- κτό όριο είναι 3 U.L. Για πολύ μικρά φράγματα το όριο των 3U.L. πιστεύε- ται ότι είναι υπερβολικό. Στην περίπτωση αυτή πρέπει οι μέγιστες πιέσεις της δοκιμής να περιορίζονται οπωσδήποτε κάτω από τις 10 Atm (Μαρίνος, 1969, Antoine-Barbier, 1973). Σημαντική η δοκιμή και για τον καθορισμό του κερματισμού μιας βραχομάζας. Μια προσέγγιση της σχέσης εύρους ασυνεχειών (υποτίθεται ομοιόμορφο σε όλο το μήκος), απόστασης ασυνεχειών και υδροπερατότητας βραχώδους μάζας, που στην περίπτωση άρρηκτου βράχου είναι στεγανή, δίνεται στον επόμενο πίνακα. Σχέση μεταξύ συντελεστή υδροπερατότητας και εύρους και απόστασης ασυνεχειών κερματισμένης βραχομάζας. k (m/sec) Εύρος ασυνεχειών (mm) 10-1 11,5 5,3 2,5 1,15 10-3 2,5 1,15 0,5 0,25 10-5 0,5 0,25 0,11 0,053 10-7 0,01 0,05 0,025 0,011 Απόσταση ασυνεχειών 10m 1m 10cm 1cm ΙΙ. Δοκιμές αντοχής Οι παράμετροι της διατμητικής αντοχής προσδιορίζονται Σελίδα 9

επιτόπου ή και στο εργαστήριο με τη βοήθεια της φορητής συσκευής διάτμησης, ενώ πλέον ακριβής είναι η επιτόπου δοκιμή διάτμησης. Αμφότερες δίνουν πολύ χρήσιμες πληροφορίες για την κατάσταση των ασυνεχειών και κατ επέκταση της βραχομάζας. ΙΙα. Επιτόπου δοκιμή διατμητικής αντοχής Αποτελεί την πλέον ακριβή δοκιμή στον προσδιορισμό των παραμέτρων διατμητικής αντοχής ασυνεχειών σκληρών εδαφών αλλά κυρίως βραχωδών σχηματισμών, όμως είναι και η πλέον δαπανηρή, καθώς απαιτεί ακριβό μηχανικό εξοπλισμό και διαμόρφωση χώρου για την επιβολή της κατακόρυφης και πλευρικής τάσης. Συνήθως η δοκιμές αυτές διεξάγονται σε δοκιμαστικές στοές που έχουν διανοιγεί για τη διερεύνηση των συνθηκών του υπεδάφους στα πλαίσια κατασκευής μεγάλων τεχνικών έργων. Το δοκίμιο διαμορφώνεται σε θέση μίας ή περισσοτέρων ασυνεχειών του σχηματισμού. Πρόκειται για τμήμα της μάζας του σχηματισμού διαστάσεων 50cm x 50cm ή και μεγαλύτερου με κυρίαρχη ασυνέχεια στη βάση του μια και η δοκιμή μετρά τη διατμητική αντοχή ασυνεχειών. Τυπική μορφή δοκιμίου και διάταξη της δοκιμής διάτμησης in situ. Με την επιβολή τριών κύκλων φόρτισης με διαφορετικές κατακόρυφες τάσεις και εφαρμογή πλευρικών με αργό ρυθμό αύξησης μέχρι αστοχίας, σχεδιάζονται οι καμπύλες Σελίδα 10

τάσεων μετατοπίσεων και εξ αυτών με τις διατμητικές τάσεις αστοχίας, αλλά και τις σχετικές κατακόρυφες διαμορφώνεται η γραμμή συσχέτισης η κλίση της οποίας δίνει τη γωνία τριβής της ασυνέχειας και η τομή της με τον άξονα των διατμητικών τάσεων (κατακόρυφο) τη συνοχή της ασυνέχειας. Με την ίδια διαδικασία μπορεί να υπολογιστεί η παραμένουσα διατμητική αντοχή ασυνεχειών. ΙΙβ. Η φορητή συσκευή διάτμησης Η συσκευή αυτή είναι εύχρηστη και φθηνή, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο στην ύπαιθρο όσο και στο εργαστήριο, με σημαντικότερο μειονέκτημα αυτό της επίδρασης του μεγέθους της ασυνέχειας που δοκιμάζεται. Ο τρόπος προετοιμασίας του δείγματος και η όλη διαδικασία εκτέλεσης της δοκιμής για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής έχει ως ακολούθως (Hoek και Bray, 1981). Φορητή συσκευή διάτμησης (από Hoek & Bray, 1981). Αρχικά το δoκίμιο με τμήμα ασυνέχειας τσιμεντάρεται σε καλούπι-αντίγραφο των υποδοχέων της συσκευής. Ελεύθερο παραμένει μόνο το τμήμα γύρω από την ασυνέχεια που υπολογίζεται να βρίσκεται Σελίδα 11

στο ύψος του επιπέδου διάτμησης της συσκευής. Αφού πήξει το τσιμέντο, μετρηθεί το εμβαδόν της επιφάνειας της ασυνέχειας και καταγραφεί η τραχύτητα αυτής κατά τη διεύθυνση άσκησης της διατμητικής τάσης, το δείγμα τοποθετείται στη συσκευή, όπου διατηρείται στη σωστή θέση με την εφαρμογή μικρού κατακόρυφου φορτίου. Στη συνέχεια επιλέγονται τα κατάλληλα κατακόρυφα φορτία για τους τρεις κύκλους και αρχίζει η δοκιμή με το πρώτο κατακόρυφο φορτίο και τη σταδιακή εφαρμογή του διατμητικού, με ρυθμό 0,5-1,0mm/min (ISRM, 1981). Tα φορτία εφαρμόζονται με υδραυλικά έμβολα, των οποίων η τριβή (0,5ΚΝ) αφαιρείται από τις αντίστοιχες ενδείξεις. Ακόμα, λαμβάνεται υπόψη το βάρος του άνω τμήματος της συσκευής (0,2ΚΝ),που προστίθεται στο κατακόρυφο φορτίο. Οι τιμές του διατμητικού φορτίου καταγράφονται κάθε 0,5 mm οριζόντιας μετακίνησης, που μετρείται με μικρόμετρο ακρίβειας 0.0lmm. 4. Ο κάθε κύκλος ολοκληρώνεται, δηλαδή η παραμένουσα διατμητική αντοχή προσεγγίζεται, περίπου μετά από 10mm οριζόντια μετακίνηση και εφ όσον τέσσερις διαδοχικές αναγνώσεις του διατμητικoύ φορτίου δεν διαφέρουν περισσότερο από 5%. 5. Μεταξύ δύο κύκλων, το δοκίμιο απελευθερώνεται. από τα φορτία (κατακόρυφο και διατμητικό) και επανέρχεται στην αρχική του θέση, πριν επαναληφθεί η διαδικασία άσκησης του διατμητικού φορτίου προς την ιδία κατεύθυνση, με διάφορο κατακόρυφο φορτίο. Από τις τάσεις που προκύπτουν (φορτία/επιφανείας) και τις αντίστοιχες οριζόντιες μετατοπίσεις διαμορφώνονται σχετικές καμπύλες, από τις οποίες προσδιορίζονται οι μέγιστες και παραμένουσες τιμές διατμητικών τάσεων. Αυτές με τη σειρά τoυς συνδυάζονται με τις αντίστoιχες κατακόρυφες τάσεις και σχε Σελίδα 12

διάζονται οι γραφικές τoυς σχέσεις (ευθείες), οι κλίσεις των οποίων δίνουν τις μέγιστες και παραμένουσες γωνίες τριβής των ασυνεχειών. Διαμόρφωση δοκιμίων για τον προσδιορισμό της διατμητικής αντοχής ασυνέχειας, στη φορητή συσκευή διάτμησης (α) πριν τη δοκιμή, (β) μετά τη δοκιμή. ΙΙγ. Δοκιμή αιχμής (Point Load Test). Η δοκιμή βοηθά στον έμμεσο προσδιορισμό της αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη των βράχων με πολύ απλό τρόπο (αρχικά είχε σχεδιασθεί για υπολογισμό της εφελκυστικής αντοχής). Αποτελεί δοκιμή που μπορεί να γίνει στην ύπαιθρο ή στο εργαστήριο, μπορεί δε να προσδιορίσει την αντοχή και σε ακανόνιστα δοκίμια (χρήση μικρών τεμαχίων βράχου). Αρχικά προσδιορίζεται ο δείκτης αντοχή, C = 12,5 x Is, όπου Is = στο δείκτη Τ500, διορθωμένη με το της συσκευής π.χ. 1442,6 mm2 1980). Τ500 και στη συνέχεια η η τάση που αντιστοιχεί συντελεστή των κώνων από οργάνου, (Brook Σελίδα 13

Συσκευή Σημειακής Φόρτισης. Κώνοι θραύσης. Μετά τη θραύση, τα ζεύγη τιμών της επιφάνειας θραύσης και της τάσης θραύσης μεταφέρονται σε λογαριθμικό χαρτί και χαράσσεται η ευθεία της γραφικής παράστασης. Έτσι προσδιορίζεται η τάση θραύσης (τθ) που αντιστοιχεί στην επιφάνεια των 500mm2. Υπολογισμός του δείκτη αντοχής αιχμής T500. Από το διάγραμμα αυτό υπολογίζεται ο δείκτης αντοχής αιχμής (T500) βάση του τύπου: T500=τθ(MPa)x c(mm2)/500mm2. Τέλος προσδιορίζεται η αντοχή σε ανεμπόδιστη θλίψη Σελίδα 14

(Co) με τη βοήθεια της σχέσης Co = 12,5 x T500, θεωρούμενης αντιπροσωπευτικότερης (Brook (1980), δηλαδή, αντί της συνήθως χρησιμοποιούμενης Co = 24 x T500. ΙΙΙ. Πρεσσιομετρήσεις Με τις δοκιμές αυτές προσδιορίζονται τα μέτρα παραμορφωσιμότητας και ελαστικότητας των μαλακών βραχωδών σχηματισμών, μέσα σε γεωτρήσεις. Επίσης συγκεντρώνονται χρήσιμα στοιχεία για τις παραμέτρους αντοχής των υλικών. Η διαδικασία της μεθόδου περιγράφηκε στην περίπτωση των εδαφικών σχηματισμών. ΙΙΙα. Δοκιμές φόρτισης πλάκας, Flat jack tests, radial jack tests Αυτές παρέχουν χρήσιμα στοιχεία για τα μέτρα ελαστικότητας και παραμορφωσιμότητας της βραχομάζας. Αναφορικά με τις δοκιμές φόρτισης πλάκας που έχουν εφαρμογή στα μαλακά πετρώματα αλλά και στα εδάφη, η όλη διαδικασία αναφέρθηκε στο κεφάλαιο για τα εδάφη. Η δοκιμή μπορεί στην περίπτωση των πετρωμάτων να διεξαχθεί και σε στοά. Δοκιμή φόρτισης πλάκας σε στοά (Goodman, 1980). ΙΙΙβ. Η δοκιμή radial jacking στις γεωτρήσεις και παρου Σελίδα 15

σιάζει ομοιότητες με της πρεσσιομετρήσεις, με τη διαφορά ότι τα φορτία εφαρμόζονται ομοιόμορφα σε μια διάμετρο της γεώτρησης. Ένα πρόβλημα με τις δοκιμές αυτής της φύσης στις γεωτρήσεις, είναι η εφαρμογή της πίεσης σε πολύ μικρό όγκο του γεωλογικού σχηματισμού. Αυτό αντισταθμίζεται από το μοναδικό πλεονέκτημα να παρέχει πληροφορίες για τις ιδιότητες της βραχομάζας σε διάφορα βάθη (μακριά από την επιφάνεια) σε ένα πρώιμο στάδιο έρευνας. Η ίδια δοκιμή εκτελείται και σε σήραγγες και αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες επιτόπου δοκιμές που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της παραμορφωσιμότητας της βραχομάζας. Το φορτίο εφαρμόζεται περιφερειακά στη σήραγγα με υδραυλικούς γρύλους με αντίσταση σε κυκλικό μεταλλικό δακτύλιο. Δοκιμή radial jacking σε σήραγγες (Goodman, 1980). ΙΙΙγ. Η δοκιμή Flat jack εφαρμόζεται σε πολύ μεγαλύτερο όγκο βραχομάζας και η πίεση δράσης μπορεί να ξεπεράσει τα 70MPa με τη χρήση Flat jack από ανοξείδωτο ατσάλι με ειδικές συγκολλήσεις. Πρόκειται δηλαδή για μεταλλικό τύμπανο που διογκώνεται με κατάλληλο υδραυλι Σελίδα 16

κό σύστημα μέσα σε κατάλληλη σχισμή, που έχει διαμορφωθεί με κατάλληλο μηχάνημα μέσα στη βραχομάζα. Η επιφάνεια ενός τυπικού Flat jack φθάνει τα 600cm2, αν και πολύ μεγαλύτερης επιφάνειας συσκευές έχουν χρησιμοποιηθεί. Με την επανάληψη εφαρμογής του φορτίου σε διάφορα στάδια, μπορεί να προσδιοριστεί το Μέτρο ελαστικότητας Ε, συναρτήσει της πίεσης, του μήκους του Flat jack του λόγου του Poisson και της απόστασης μέτρησης. ΙV. Δοκιμές Ανίχνευσης εδαφικών μετακινήσεων Αυτές συνδέονται με την εγκατάσταση ειδικών οργάνων και τη συνεχή παρακολούθησή τους. Με τα όργανα αυτά ανιχνεύονται και παρακολουθούνται εδαφικές μετακινήσεις με τη μορφή ερπυσμών, θραύσεων, ολισθήσεων και καθιζήσεων. Τα όργανα που χρησιμοποιούνται είναι κυρίως: Αποκλισιόμετρα, για την παρακολούθηση ολισθήσεων και τον προσδιορισμό του βάθους ανάπτυξης αυτών, Λοιπά όργανα μέτρησης μετατοπίσεων. Πρόκειται για διάφορα όργανα όπως μηκυνσιόμετρα, κατακόρυφοι ή και τηλεσκοπικοί σωλήνες, πακτωμένα καλώδια (συρματόσχοινα), κελιά μέτρησης της γήινης πίεσης, για την καταγραφή κατακόρυφων και πλευρικών μετακινήσεων, αλλά και τάσεων. Καθώς η εκδήλωση κατολισθητικών φαινομένων στον Ελληνικό χώρο είναι πολύ συνήθης, τα αποκλισιόμετρα αποτελούν την πλέον συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδο εντοπισμού οριακών επιφανειών αστοχίας (ολίσθησης). Οι λοιπές μορφές οργάνων ανίχνευσης εδαφικών μετακινήσεων βρίσκουν κυρίως εφαρμογή σε μεγάλα τεχνικά έργα (π.χ. φράγματα) για την παρακολούθηση π.χ. της καλής λειτουργίας τόσο του σώματος του φράγματος όσο και των πρανών στη λεκάνη κατάκλυσης. IVα. Αποκλισιόμετρα Σελίδα 17

Τα αποκλισιόμετρα, είναι ηλεκτρονικά εκκρεμή, που μετρούν σε διάφορα βάθη μέσα στη γεώτρηση, την απόκλιση από την κατακόρυφο, δηλαδή βοηθούν στον συνεχή έλεγχο των εδαφικών παραμορφώσεων σε όλο το μήκος εγκατάστασής τους. Το όργανο μέτρησης (βολίδα) ολισθαίνει μέσα στους αποκλισιομετρικούς σωλήνες βοηθούμενο από τις εσωτερικές αύλακες αυτών. Οι αύλακες αυτές διαμορφώνονται σε γωνία 90 η μία από την άλλη. Η βολίδα συνδέεται με καλώδιο το οποίο καταλήγει στην επιφάνεια σε φορητό κιβώτιο ελέγχου που αναγράφονται ή καταγράφονται οι μετρήσεις (συνήθως οι μετρήσεις γίνονται ανά 50 cm έως 100 cm) μέχρι το τελικό βάθος του σωλήνα. Οι ενδείξεις του φορητού κιβώτιου είναι ανάλογες της κλίσης του οργάνου στο επίπεδο του ηλεκτρονικού εκκρεμούς. Οι μετρήσεις παίρνονται κάθε φορά στα ίδια βάθη και με τον ίδιο προσανατολισμό του οργάνου για να είναι συγκρίσιμα τα αποτελέσματα. Η κύρια διεύθυνση αναφοράς ορίζεται να είναι προς τη διεύθυνση κίνησης, μαρκάρεται και με πυξίδα μετράται το αζιμούθιό της. Οι μετρήσεις στα παλαιότερου τύπου όργανα παίρνονται ανά ζεύγη σε δύο κάθετες μεταξύ τους διευθύνσεις (Α και Β), ενώ στα τελευταίου τύπου μόνο κατά την διεύθυνση κίνησης, υπολογίζοντας τις όποιες μετακινήσεις προς την άλλη διεύθυνση. Τα διαγράμματα που βασικά συντάσσονται για την αξιολόγηση των μετρήσεων είναι: α. Διαγράμματα της εξέλιξης των μετακινήσεων σε κάθε στάθμη μέτρησης, στις διευθύνσεις Α και Β. β. Αθροιστικά διαγράμματα στις διευθύνσεις Α και Β. γ. Διαγράμματα ολικής μετακίνησης. Παρουσιάζεται η εξέλιξη των μετακινήσεων στη συνισταμένη διεύθυνση των αξόνων Α και Β. Σελίδα 18

δ. Χρονικά διαγράμματα. Παρουσιάζεται η χρονική εξέλιξη των μετακινήσεων. Σχηματική απεικόνιση της γενικής διάταξης του αποκλισιομέτρου, της βολίδας του και του σωλήνα εγκατάστασης στη γεώτρηση (από Clayton et. al, 1982). Η συχνότητα των μετρήσεων στις γεωτρήσεις, εξαρτάται κυρίως από την ταχύτητα εξελίξεως του φαινομένου και συνήθως εξαρτάται από το μέγεθος του κινδύνου. Για μετακινήσεις π.χ. 1-2mm/μήνα (μεγάλη επικινδυνότητα του χώρου) οι μετρήσεις πρέπει να εκτελούνται ανά μήνα. Αρχικά (αμέσως μετά την εγκατάσταση των κλισιομετρικών σωλήνων), λαμβάνεται μια πρώτη μέτρηση αναφοράς και στη συνέχεια διαδοχικές μετρήσεις που πρέπει να καλύψουν τουλάχιστον ένα ημερολογιακό έτος. Σελίδα 19

Γενική διάταξη κλισιομέτρων σε πρανές με αστοχία και ο τρόπος καταγραφής των μετακινήσεων. Ένα τυπικό σχέδιο μετρήσεων για ένα ημερολογιακό έτος δίνεται στον επόμενο πίνακα. Τυπικό σχέδιο μετρήσεων σε αποκλισιόμετρο. ΜΗΝΑΣ Α/Α 1ος μήνας από εγκατάσταση 2ος μήνας από εγκατάσταση 4ος μήνας από εγκατάσταση 6ος μήνας από εγκατάσταση 8ος μίνας από εγκατάσταση 10ος μήνας 12ος μήνας από εγκααπό εγκατάσταση τάσταση Μέτρη- Με το πέρας των γεωτρήσεων και την εγκατάσταση των σωλήνων ση αναφοράς 1η 2η 3η 4η 5η 6η 7η Σελίδα 20

Αν όμως διαπιστωθεί από τις πρώτες μετρήσεις ότι η κίνηση είναι σημαντική τότε οι μετρήσεις θα πρέπει να πυκνώσουν. Η συχνότητα των μετρήσεων τότε θα είναι της ευθύνης του αναδόχου, ο οποίος πρέπει να κάνει τη σχετική εισήγηση. IVβ. Λοιπά όργανα μέτρησης μετατοπίσεων Το μεγάλο πρόβλημα των μετρήσεων αυτών είναι η ακρίβεια στις μετρήσεις της απόλυτης μετατόπισης. Κάτι που είναι μάλλον πολύ δύσκολο αλλά και η προστασία των οργάνων από βανδαλισμό. i. Για κατακόρυφες κινήσεις (καθιζήσεις), η πλέον απλή μέθοδος χρησιμοποιεί έναν μηχανισμό που αποτελείται από μια πλάκα που πακτώνεται στο επιθυμητό σημείο μέτρησης και η οποία είναι συνδεδεμένη με μια ράβδο που φθάνει στην επιφάνεια μέσα από κατάλληλο τηλεσκοπικό σωλήνα. Οι όποιες μετακινήσεις της πλάκας μετρώνται με συμβατικές μεθόδους με τη ράβδο που φθάνει στην επιφάνεια. Παραλλαγές πιο εξειδικευμένων συστημάτων υπάρχουν αρκετές. Υπάρχουν μετρητές καθιζήσεων που λειτουργούν με τη χρήση νερού ή πιο εξελιγμένοι που χρησιμοποιούν υδράργυρο. Η πιο εξελιγμένη συσκευή αποτελείται από αναλογικό ή ψηφιακό μετρητή πίεσης που μέσω κατάλληλού σωλήνα συνδέεται με μια εύκαμπτη κύστη πληρωμένη με αντιψυκτικό μίγμα που θάβεται στο έδαφος. Μειονεκτήματα αυτού του οργάνου που μπορεί να μετρά εύκολα τις όποιες καθιζήσεις, είναι η έλλειψη μεγάλης ακρίβειας και ο περιορισμός στην απόσταση μεταξύ του ψηφιακού μετρητή και του εύκαμπτου μέρους που μετρά τις καθιζήσεις, που δεν μπορεί να είναι περισσότερο από 4 μέτρα. ii. Για μεγάλες οριζόντιες μετακινήσεις όπου το σημείο μέτρησης είναι προσβάσιμο μπορεί να χρησιμοποιηθούν επίσης επιφανειακές κατασκευές και μεταλλικές ράβδοι. Αν το σημείο μέτρησης δεν είναι προσβάσιμο και ο αντι Σελίδα 21

κειμενικός σκοπός είναι να καταδειχθεί η στάθμη όπου έχουμε οριζόντιες μετακινήσεις, τότε στην πιο απλή του μορφή ο δείκτης της μετακίνησης είναι ειδικής σύστασης σωλήνας που τοποθετείται μέσα στο έδαφος με τη βοήθεια μεταλλικού σωλήνα που τον περιβάλλει και ο οποίος μετά την τοποθέτηση αποσύρεται. Μικρό κομμάτι μεταλλικής ράβδου δεμένου με νάιλον σχοινί κατεβαίνει μέσα στον ειδικό σωλήνα και έτσι αν σημειωθεί επιφάνεια διάτμησης τότε ο ειδικός σωλήνας παραμορφώνεται το κομμάτι της ράβδου σύρεται προς τα επάνω μέχρι να φρακάρει στον ειδικό σωλήνα. Έτσι υπολογίζεται το βάθος της επιφάνειας διάτμησης, ενώ με τη βοήθεια άλλου κομματιού από μεταλλική ράβδο που κατεβαίνει μέσα στον σωλήνα επιβεβαιώνει ή όχι ότι δεν υπάρχει και άλλη επιφάνεια διάτμησης. iii. Για μικρές οριζόντιες μετακινήσεις χρησιμοποιούνται τα αποκλισιόμετρα. Σχετικές μετακινήσεις συχνά χρειάζονται μέτρηση για παράδειγμα σε ρωγματώσεις κατασκευών. Οι απλούστερες μορφές είναι ειδικά κομμάτια υάλου, που τοποθετούνται σε μερική επικάλυψη και μετράται η σχετική μετακίνηση. Πλέον εξειδικευμένες μορφές υπάρχουν όπως αυτές του σχήματος που ακολουθεί. Μετρητής Demec για σχετικές μετακινήσεις ρωγματώσεων κατασκευών. Σελίδα 22

Τα λοιπά όργανα μετρήσεων μετακινήσεων αφορούν εξοπλισμό παρακολούθησης διαφόρων καίριων παραμέτρων σε μεγάλα τεχνικά έργα και θα αναφερθούν στα σχετικά κεφάλαια. Σελίδα 23