5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 1

5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 1

Depth (m) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 NSPT 50 c'=20kpa φ'=27 Στρώση Ι Αργιλος (CL) - Συνεκτική Στρώση ΙI Αργιλος (CL) - Πολύ Συνεκτική Αµµος (SC) - Πυκνής Αποθέσεως Β Περιοχή NSPT 25 c'=10kpa φ'=25 Αργιλώδης Αµµος (SC) - Πυκνής Αποθέσεως Αργιλος (CL) - Σκληρή c 150kPa Eoed=16000kPa Στρώση ΙII Στρώση ΙV cu 100kPa Eoed=7000-9000kPa Γάββρος - Πολύ αποσαθρωµένος Weathered Gabbro c'=50kpa φ'=35 σci 10MPa Em=500MPa NSPT 13 c'=10kpa φ'=22 ΝΑ Περιοχή cu=40kpa Eoed=4000kPa Αµµος (SC) - Μέσης Πυκνότητας Αργιλος (CL) - Συνεκτική NSPT 14 c'=10kpa c 50kPa φ'=23 Eoed=6000kPa 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Βάθος (m) 26 26 Σχήµα 1. Συνθήκες Υπεδάφους. Figure 1. Subsurface Conditions. 2.2 Σεισµοτεκτονική Εκτίµηση Ρήγµατος Σύµφωνα µε έκθεση του Παυλίδη (2003) στην θέση του εργοστασίου ΤΙΤΑΝ υπάρχει ένα πιθανό κανονικό ρήγµα Α- διεύθυνσης µε κλίση προς βόρεια, σαφώς παλαιοτεκτονικής δοµής, χωρίς τυπικά επιφανειακά χαρακτηριστικά ενεργού ρήγµατος. Ο προσανατολισµός και η κινηµατική του σε σχέση µε το γνωστό ενεργό πεδίο των τάσεων, θα µπορούσαν να το χαρακτηρίσουν πιθανό ενεργό ρήγµα ή αβέβαιης, (άγνωστης) δραστηριότητας. Είναι µικρό σε µήκος και συνεπώς δεν είναι ικανό να δώσει ισχυρούς σεισµούς σε πιθανή επαναδραστηριοποίησή του, ούτε αξιόλογες αντιπρόσωπο το γάββρο (βασικά και υπερβασικά πετρώµατα), τη σχιστοκερα- ηµιµεταµορφωµένου φλύσχη) και νεογενή τεταρτογενή ιζήµατα που κάθονται ασύµφωνα πάνω στα προηγούµενα. τολιθική σειρά (ή διάπλαση) µε αργιλικούς σχιστολίθους, φυλλίτες και χαλαζίτες (του κατακόρυφες µετατοπίσεις. Η πιθανότερη λειτουργία του σε περίπτωση κοντινού (<15km) µέτριου ή ισχυρού σεισµού θα είναι πιθανόν δευτερεύουσα (συµπαθητική), χωρίς ιδιαίτερα προβλήµατα στην ανωδοµή. Θα πρέπει όµως να εξεταστεί η επίδραση του πάχους των χαλαρών τεταρτογενών ιζηµάτων που δηµιουργεί λόγω του άλµατός τους σε σχέση µε το ύψος της ανωδοµής. Επίσης λόγω της θεµελίωσης των έργων στην θέση του ρήγµατος, προτείνεται προαιρετικά η αύξηση της προβλεπόµενης σεισµικής επιτάχυνσης σχεδιασµού µέχρι και 25%, σύµφωνα µε τον ΕΑΚ 2000. 3. ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΥΠΕ ΑΦΟΥΣ Στην θέση θεµελίωσης του προθερµαντή εκτελέστηκαν 5 γεωτρήσεις οι οποίες προχώρησαν µέχρι το βάθος των 25m η κάθε 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 2

µία από την επιφάνεια του εδάφους. Τα αποτελέσµατα των γεωτρήσεων και των εργαστηριακών δοκιµών σε δείγµατα από τις γεωτρήσεις συνοψίζονται στο Σχήµα 1. Όπως φαίνεται στο Σχήµα αυτό το υπέδαφος αποτελείται από τέσσερεις κύριες στρώσεις I, II, III και IV. Οι στρώσεις Ι, ΙΙ και ΙΙΙ αποτελούνται κατά κύριον λόγον από άργιλο συνεκτική έως σκληρή και από αργιλώδη άµµο µέσης πυκνότητας έως πυκνής αποθέσεως. Η βραχώδης στρώση IV συναντήθηκε σε βάθη κυµαινόµενα µεταξύ 18m και 23m και αποτελείται από κερµατισµένο γάββρο πολύ αποσαθρωµένο. Λεπτοµερής περιγραφή των συνθηκών υπεδάφους δίδεται στην έκθεση Κάστωρ ΕΠΕ (2000). Παρατηρείται έντονη ανοµοιοµορφία των συνθηκών υπεδάφους στην αργιλική στρώση ΙΙΙ, µεταξύ της Β και της ΝΑ περιοχής έδρασης του προθερµαντή σε ότι αφορά την αντοχή και την συµπιεστότητα. Επίσης παρατηρούνται σηµαντικές διαφορές στα βάθη όπου συναντήθηκε η βραχώδης στρώση µε αποτέλεσµα να αναµένονται σηµαντικές διαφορικές καθιζήσεις εάν δεν γίνει βελτίωση του αργιλικού εδάφους. Η στάθµη των υπογείων υδάτων συναντήθηκε σε βάθος 10m περίπου από την επιφάνεια του εδάφους. 4. ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ 4.1 Γενικά Έγιναν γεωτεχνικοί υπολογισµοί φέρουσας ικανότητας εδάφους θεµελίωσης και εκτιµήσεις καθιζήσεων σε στατικές συνθήκες χωρίς και µε βαθιά βελτίωση του εδάφους θεµελίωσης. Με απλή εξυγίανση, πάχους 2m έως 3m, χωρίς βαθιά βελτίωση του εδάφους οι εκτιµηθείσες διαφορικές καθιζήσεις λόγω της έντονης ανοµοιοµορφίας της στρώσης ΙΙΙ προέκυψαν της τάξεως των 15cm, µε αποτέλεσµα πιθανά προβλήµατα στις ενώσεις µε τις υπόλοιπες εγκαταστάσεις. Επι πλέον η µόνιµη παραµόρφωση σε σεισµό κάτω από το θεµέλιο προκύπτει επίσης πολύ µεγάλη. (Apostolou and Gazetas, 2005). Όπως αναµένετο η λύση αυτή απορρίφθηκε. Εξετάστηκαν οι εξής τρείς εναλλακτικές µέθοδοι βαθιάς βελτίωσης της αντοχής και συµπιεστότητας του εδάφους, µε κατακόρυφα στοιχεία µήκους 7m έως 12m τα οποία εδράζονται επί της βραχώδους στρώσης: α. Εξυγίανση 2m, και βελτίωση µε χαλικοπασσάλους Φ800 Εξυγίανση πάχους 2m κάτω από την θεµελίωση. Βαθιά βελτίωση του υπεδάφους µε χαλικοπασσάλους µε την τεχνική Vibroreplacement. Ο κάνναβος προκύπτει 1.7m x 1.7m για την επιτυχή βελτίωση του εδάφους θεµελίωσης µε χαλικοπασσάλους Φ800 µήκους 7m έως 12m, µε τις αιχµές τους στο βραχώδες υπόβαθρο. Οι εκτιµηθείσες διαφορικές καθιζήσεις προέκυψαν ότι είναι σχετικά µικρές, δ s = 5cm (δ s /B = 1/700), και κατά συνέπειαν στο σεισµό σχεδιασµού η µόνιµη παραµόρφωση περιορίζεται σηµαντικά. β. Εξυγίανση 2m και βαθιά βελτίωση µε εδαφοπασσάλους jet-grouting Εξυγίανση πάχους 2m κάτω από την θεµελίωση. Βαθιά βελτίωση του εδάφους µε εδαφοπασσάλους jet-grouting µε διάµετρο 800mm και µήκος 7m έως 12m, µε τις αιχµές τους στο βραχώδες υπέδαφος και σε κάνναβο 2.5mx2.5m. Οι διαφορικές καθιζήσεις προέκυψαν ότι είναι πολύ µικρές, δ s = 1.0cm (δ s /B = 1/3500), και στο σεισµό σχεδιασµού η µόνιµη παραµόρφωση προκύπτει µικρή. γ. Εξυγίανση 2m και βαθιά βελτίωση µε πασσάλους άοπλου σκυροδέµατος Φ1000 Εξυγίανση πάχους 2m κάτω από την θεµελίωση. Βαθιά βελτίωση του εδάφους µε πασσάλους αόπλου σκυροδέµατος, µε διάνοιξη οπών διαµέτρου 1000mm µέχρι το βραχώδες υπόβαθρο, µήκους 7m έως 12m, και επί τόπου έγχυση σκυροδέµατος C20/25. Ο γενικός κάνναβος για την λύση αυτή προκύπτει ότι είναι 3.5mx3.5m. Προτάθηκε ενίσχυση στην περίµετρο µε πυκνότερο κάνναβο 2.5mx2.5m για τον σεισµό. Οι εκτιµηθείσες διαφορικές καθιζήσεις προέκυψε ότι είναι αµελητέες, δ s = 0.1cm έως 0.2cm, και στο σεισµό σχεδιασµού η µόνιµη παραµόρφωση προκύπτει πολύ µικρή. Τα αποτελέσµατα των παραπάνω αναλύσεων επιβεβαιώθηκαν από αναλύσεις µε πεπερασµένα στοιχεία. Οικονοµική σύγκριση των παραπάνω εναλλακτικών µεθόδων θεµελίωσης έδωσε τα εξής αποτελέσµατα: Χαλικοπάσσαλοι Φ800 : 128.000 Εδαφοπάσσαλοι jet-grouting Φ800 : 350.000 Πάσσαλοι άοπλου σκυροδέµατος Φ1000: 350.000 Με βάση τα παραπάνω τεχνικά και 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 3

21m 120m 35m +0.0-5.0-9.0-11.0 1:1 Fill Πλάκα θεµελίωσης Επανεπίχωση 1:1 5.0m 4.0m -17.0 Σκύρα πάχους 1.5m - Gravel Άµµος πάχους 0.5m - Sand Πάσσαλοι αόπλου σκυροδέµατος Φ1000 µήκους 6m έως 21m -32.0 2.5 3.5m (Χωρίς Κλίµακα) 3.5 2.5m Βραχώδες Υπόβαθρο -Bedrock Σχήµα 2. Βελτίωση του Εδάφους Θεµελίωσης µε Φρεατοπασσάλους. Figure 2. Soil Improvement with Concrete Piles. οικονοµικά στοιχεία, προτιµήθηκε η βαθιά βελτίωση του εδάφους θεµελίωσης µε πασσάλους αόπλου σκυροδέµατος σαν ασφαλέστερη και σχετικά οικονοµική λύση. 5. ΠΡΟ ΙΑΓΡΑΦΕΣ ΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ Η θεµελίωση του προθερµαντή προτάθηκε να γίνει σύµφωνα µε τις ακόλουθες οδηγίες, για την ελαχιστοποίηση των καθιζήσεων, όπως φαίνεται στο σχήµα 2. α. Γενική εκσκαφή µέχρι το βάθος των 11m από την επιφάνεια του εδάφους µε ήπια κλίση πρανών 1:1. β. Στον πυθµένα της εκσκαφής κατασκευή πασσάλων Φ1000 αόπλου σκυροδέµατος σε γενικό κάνναβο 3.5m x 3.5m. Το σκυρόδεµα των πασσάλων ήταν C20/25.Οι αιχµές όλων των πασσάλων εδράζονταν επί της βραχώδους στρώσης IV και είχαν µήκη 7m έως 12m περίπου. Στην περίµετρο της θεµελίωσης, ο κάνναβος µειώθηκε σε 2.5mx2.5m στις δύο πρώτες σειρές πασσάλων, ώστε σε σεισµική φόρτιση να υπάρχει µεγαλύτερη αντίδραση του εδάφους στις άκρες της θεµελίωσης, όπου δρούν οι τάσεις αιχµής. γ. Κάλυψη του πυθµένα εκσκαφών µε άµµο λατοµείου πάχους 0.5m και συµπύκνωση µε οδοστρωτήρα σε δύο στρώσεις των 25cm. δ.τοποθέτηση εξυγιαντικής στρώσης πάχους 1.5m από σκύρα λατοµείου, πάνω από την άµµο. ιάστρωση των σκύρων της εξυγίανσης σε στρώσεις των 25cm έως 30cm και συµπύκνωση µε δονητικό οδοστρωτήρα. Τα σκύρα είχαν καλή διαβάθµιση µε µέγιστη διάµετρο κόκκου dmax 5cm και ποσοστό λεπτοκόκκων 5%. ε. Κατασκευή της πλάκας θεµελίωσης του προθερµαντή πάχους 4m. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 4

Φωτογραφιά 1. Ο Πύργος Προθέρµανσης κατά την λειτουργία. Photograph 1. The Preheating Tower in Operation. 6. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΩΝ ΠΑΣΣΑΛΩΝ ιατρήθηκαν και σκυροδετήθηκαν 153 πάσσαλοι Φ1000 αόπλου σκυροδέµατος και ένας δοκιµαστικός πάσσαλος. Για την διάτρηση χρησιµοποιήθηκε γεωτρύπανο τύπου Liebherr 841 µε κοπτικό κουβά µε βίδια. Σε έναν πάσσαλο δοκιµάστηκε Auger σε βάθος από 0m έως 7m. Σε έναν πάσσαλο χρησιµοποιήθηκε υγρό διάτρησης Geomade για την στήριξη των τοιχωµάτων της οπής. Επτά πάσσαλοι σωληνώθηκαν µέχρι το βάθος των 5m και ένας πάσσαλος µέχρι 6m. Για την σκυροδέτηση χρησιµοποιήθηκαν σωλήνες Φ250. Το σκυρόδεµα που χρησιµοποιήθηκε ήταν τύπου C20/25. Στους πασσάλους που παρουσίαζαν υδροφορία τοποθετήθηκε µπάλα µέσα στους σωλήνες για να µην έρθει σε επαφή το νερό µε το σκυρόδεµα. Κατά την διάτρηση ενός πασσάλου τα τοιχώµατα έπεφταν συνεχώς µε αποτέλεσµα να χρησιµοποιηθούν 33m 3 σκυροδέµατος για την πλήρωσή του. Το πραγµατικό µήκος των πασσάλων που κατασκευάστηκε ήταν 1821m έναντι 1530m που είχε προµετρηθεί στην µελέτη. Το µέσο µήκος τους ήταν 12m αντί των προβλεφθέντων 10m. Αυτό οφείλεται στην µεγάλη µεταβλητότητα του βάθους του βραχώδους υπόβαθρου από θέση σε θέση, 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 5

γεγονός που δεν µπόρεσαν να προσδιορίσουν µε µεγάλη ακρίβεια οι πέντε γεωτρήσεις. 7. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΘΙΖΗΣΕΩΝ Ο πύργος προθέρµανσης κατασκευάστηκε µεταξύ Ιουνίου 2000 και Ιουνίου 2003. Με βάση τις αρχικές µετρήσεις καθιζήσεων που έγιναν µετά την κατασκευή του, προέκυψαν τα εξής συµπεράσµατα : Οι αρχικές καθιζήσεις (άµεσες) κατά την διάρκεια κατασκευής ήταν µικρές και είχαν µέγεθος της τάξεως των 2.0cm έως 3.0cm. Οι άµεσες διαφορικές καθιζήσεις ήταν µικρές ( 1.0cm). Σε διάστηµα ενάµισυ έτους µεταξύ Ιουνίου 2004 και Ιανουαρίου 2006 οι µακροχρόνιες καθιζήσεις και οι διαφορικές καθιζήσεις που µετρήθηκαν ήταν πρακτικά µηδενικές ( 0.1cm). 8. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Η χρήση φρεατοπασσάλων αόπλου σκυροδέµατος για την βελτίωση εδαφών θεµελίωσης βαρέων εγκαταστάσεων, είναι µία αποτελεσµατική µέθοδος που εξασφαλίζει καλή ευστάθεια και πολύ µικρές καθιζήσεις. Ειδικότερα για πύργο προθέρµανσης στο εργοστάσιο ΤΙΤΑΝ ΑΕ, αποφασίστηκε η βελτίωση του εδάφους θεµελίωσης µε πασσάλους αόπλου σκυροδέµατος Φ1000 σε γενικό κάνναβο 3.5mx3.5m. Επελέγη η βαθιά βελτίωση του εδάφους κάτω από την έδραση του και όχι η θεµελίωση του πύργου επί φρεατοπασσάλων οπλισµένου σκυροδέ- µατος, ώστε η µεγάλη πλάκα θεµελίωσης να είναι ανεξάρτητη και µη συνδεδεµένη µε τους πασσάλους. Κατά τον τρόπον αυτόν σε περίπτωση σεισµού και τυχόν εδαφικών κινήσεων, δεν θα υπάρξει πρόβληµα ρηγµάτωσης οπλισµένων πασσάλων θεµελίωσης οι οποίοι δεν µπορούν εύκολα να επισκευαστούν. Αντίθετα η προταθείσα λύση εξασφαλίζει ένα σκληρό έδαφος για την ασφαλή θεµελίωση του προθερµαντή, επί πλάκας γενικής κοιτόστρωσης. Με βάση τις παραπάνω αναλύσεις καθώς και τα αποτελέσµατα των επί τόπου µετρήσεων των καθιζήσεων του κατάσκευασθέντος πύργου προθερµαντή προκύπτει, ότι η µέθοδος βελτίωσης της αντοχής και συµπιεστότητας του εδάφους που εφαρµόστηκε είχε πολύ καλά αποτελέσµατα. Οι άµεσες καθιζήσεις ήταν πολύ µικρές της τάξεως των 2cm έως 3m, και οι µακροχρόνιες καθιζήσεις αµελητέες. Φωτογραφική άποψη του πύργου προθερµαντή µετά την ολοκλήρωση του, δίδεται στη φωτογραφία 1. 9. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συγγραφείς αισθάνονται υποχρέωση να ευχαριστήσουν τους κκ Ν. Πανταζάρα, Πολιτικό Μηχανικό της ΤΙΤΑΝ ΑΕ, και Μ. Αγγελίδη, Πολιτικό Μηχανικό της ΑΜΤΕ ΑΕ για τα στοιχεία που έδωσαν για την σύνταξη του παρόντος άρθρου. 10. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Apostolou, M. and G. Gazetas (2005), Rocking of foundations under strong shaking. Mobilisation fo bearing capacity and displacement demands, Proceedings 1st Greece-Japan Workshop : Seismic Design, Observation, Retrofit of Foundations, Athens, 11-12 October 2005, pp131-134. ΕΑΚ (2000), Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός, ΟΑΣΠ. Κάστωρ ΕΠΕ (2000), Νέα γραµµή παραγωγής κλίνκερ στο εργοστάσιο Θεσσαλονίκης, Γεωτεχνική µελέτη θεµελίωσης προθερµαντή, εκέµβριος 2000. Παυλίδης, Σ. (2003), ΤΙΤΑΝ ΑΕ Γεωλογική- Σεισµοτεκτονική εκτίµηση ρήγµατος στο εργοστάσιο ΤΙΤΑΝ Ν. Ευκαρπίας Θεσσαλονίκης, Ιούνιος 2003. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 6