ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΕΠΟΠΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΔΙΑΛΕΞΕΩΝ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΕΙΔΙΚΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ - Γεωτεχνική Σηράγγων» 9ο Εξ. ΠΟΛ. ΜΗΧ. - Ακαδ. Ετος 2005-06 Μ. ΚΑΒΒΑΔΑΣ, Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπάρχει και την ιτοελίδα : http://www.civil.ntua.gr/~kavvadas/ 25.08.2005 Εξάμηνο 1 5 6 7 8 9 ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ τη Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΕΜΠ Είδος Υ Υ Υ Υ Υ ΚΕΥ ΚΕΥ ΚΕΥ ΚΕΥ ΚΕΥ ΚΕΥ ΚΕΥ ΚΕΥ Μάθημα Γεωλογία Μηχανικού Εδαφομηχανική Ι Εδαφομηχανική ΙΙ Τεχνική Γεωλογία Θεμελιώεις Πειραματική Εδαφομηχανική Ειδικά Θέματα Θεμελιώεων Αλληλεπίδραη εδάφους-θεμελίων Βραχομηχανική Ειδικά Γεωτεχνικά Έργα Περιβαλλοντική Γεωτεχνική Εδαφοδυναμική Υπολογιτική Γεωτεχνική Υ = Υποχρεωτικό, ΚΕΥ = Κατ Εκλογήν Υποχρεωτικό
ΕΠΟΠΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΔΙΑΛΕΞΕΩΝ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΕΙΔΙΚΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ - Γεωτεχνική Σηράγγων» 9ο Εξ. ΠΟΛ. ΜΗΧ. - Ακαδ. Ετος 2005-06 Περιεχόμενο 1. Αρχές χεδιαμού ηράγγων 2. Τάεις και παραμορφώεις γύρω από κυκλικές ήραγγες. Μέθοδοι ανάλυης ηράγγων 4. Αριθμητικές μέθοδοι ανάλυης ηράγγων ΕΠΟΠΤΙΚΟ ΥΛΙΚΟ ΔΙΑΛΕΞΕΩΝ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «ΕΙΔΙΚΑ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΕΡΓΑ - Γεωτεχνική Σηράγγων» 9ο Εξ. ΠΟΛ. ΜΗΧ. - Ακαδ. Ετος 2005-06 ΔΙΑΛΕΞΗ 1 Αρχές χεδιαμού ηράγγων 25.08.2005
Είδη ηράγγων : Σήραγγες κατακευάζονται ε : 1. Οδικά και ιδηροδρομικά υγκοινωνιακά δίκτυα για διάβαη ορεινών όγκων (ιδηροδρομική ήραγγα Καλλιδρόμου, ήραγγες Κακιάς Σκάλας) για παράκαμψη δυμενών γεωλογικών υνθηκών, όπως κατολιθήεων ή ρηξιγενών ζωνών (π.χ. οδική ήραγγα Ανηλίου) για περιβαλλοντικούς λόγους (π.χ. οδική ήραγγα παράκαμψης του αρχαιολογικού χώρου Δωδώνης) Σήραγγα παράκαμψης Πάτρας Σήραγγες κατακευάζονται ε : 2. Ατικά υτήματα μαζικής μεταφοράς (Μετρό)
Σήραγγες κατακευάζονται ε :. Υδραυλικά έργα υδραγωγεία (ήραγγες Μόρνου, Ευήνου, εκτροπής Αχελώου) έργα ταμίευης (ήραγγες εκτροπής και υπερχείλιης φραγμάτων) αποχετεύεις και αποτραγγίεις (ήραγγα Κάρλας τη Θεαλία, ήραγγα Καρδίτας τον Βοιωτικό Κηφιό) 4. Εργα αποτράγγιης για τη βελτίωη των υνθηκών ευτάθειας πρανών (π.χ. ήραγγες Μαλακάας, Παναγοπούλας) Αποτραγγιτική ήραγγα φράγματος Γαδουρά Ρόδου Ειδικές απαιτήεις υγκοινωνιακών ηράγγων 1. Πολύ μικρές καμπυλότητες ε οριζοντιογραφία και μηκοτομή. Αρα : Δεν προαρμόζονται εύκολα τις απαιτήεις των γεωτεχνικών υνθηκών, γεωμετρία ρηγμάτων, κλπ Οι κατά μήκος κλίεις είναι υχνά δυμενείς για τη διάνοιξη (κατωφέρεια) Τα τόμια υχνά διαμορφώνονται δυμενώς ως προς το φυικό πρανές (δηλαδή λοξά ως προς τις ιοϋψείς), με υνέπεια κινδύνους ατοχίας των τομίων ΠΡΙΝ ΜΕΤΑ Οδική ήραγγα Παράκαμψης Πάτρας
Πιθανά προβλήματα κατά τη διάνοιξη ηράγγων 1. Στα τόμια: Ατάθεια (ρωγμές το εκτ. κυρόδεμα, ημαντικές μετακινήεις, γενικευμένη ατοχία) 2. Στομέτωποεκκαφής Ατοχία Εκτεταμένη ειροή υδάτων Ατάθεια της οροφής (υπερ-εκκαφή ή κατάρρευη) κατά την προώθηη του μετώπου. Πίωαπότομέτωποεκκαφής Μεγάλες και χρονικά εξελιόμενες υγκλίεις του τοιχώματος (βύθιη οροφής, ύγκλιη παρειών, ανύψωη πυθμένα) Βύθιη των βάεων του τόξου Α Φάης εκκαφής (π.χ. βάεις χαλύβδινων πλαιίων) Εμφάνιη ρωγμών το εκτοξευόμενο κυρόδεμα (διαμήκεις ή εγκάριες) Μεγάλες και χρονικά εξελιόμενες υποχωρήεις της επιφάνειας του εδάφους Εγνατία οδός, Σήραγγα S2: Ατοχία δυτικού τομίου (καλοκαίρι 2000)
Ειδικές απαιτήεις υγκοινωνιακών ηράγγων Τυπικές ατοχίες τομίων Εγνατία οδός, Σήραγγα S2: Ατοχία δυτικού τομίου (καλοκαίρι 2000) Τυπικές ατοχίες τομίων ηράγγων Εγνατία οδός, Σήραγγα S2: Διαμόρφωη δυτικού τομίου (Μάρτιος 2004)
Ατοχία ήραγγας Τυμφρητού - Υπερβολική ύγκλιη ε υνθήκες «ύνθλιψης» Ατοχία ήραγγας Τυμφρητού - Υπερβολική ύγκλιη ε υνθήκες «ύνθλιψης»
Ατοχία ήραγγας Τυμφρητού - Υπερβολική ύγκλιη ε υνθήκες «ύνθλιψης» Ατοχία ήραγγας Τυμφρητού - Υπερβολική ύγκλιη ε υνθήκες «ύνθλιψης»
Ατοχία ήραγγας Τυμφρητού - Υπερβολική ύγκλιη ε υνθήκες «ύνθλιψης» Ατοχία ήραγγας Τυμφρητού - Υπερβολική ύγκλιη ε υνθήκες «ύνθλιψης»
Ατοχία ήραγγας Τυμφρητού - Υπερβολική ύγκλιη ε υνθήκες «ύνθλιψης» Ατοχία υπό κατακευή ήραγγας του Μετρό Αθηνών κάτω από τη Λεωφόρο Δ. Πλακεντίας Ιανουάριος 200
Ατοχία υπό κατακευή ήραγγας του Μετρό Αθηνών κάτω από την πλατεία Καραϊκάκη Δεκέμβριος 1995 ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗΣ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Μέθοδοι προομοίωης Προομοίωη ως τατιτικά ομοιογενές υνεχές υλικό τις εξής περιπτώεις: 1. Αρραγής βράχος 2. Μεγάλος αριθμός αυνεχειών. Πλήρης κατάκλαη Τα μηχανικά χαρακτηριτικά των αυνεχειών λαμβάνονται υπόψη μέω της απομείωης των ιδιοτήτων της βραχόμαζας Κριτήριο: Κλίμακα των αυνεχειών (απόταη, μήκος) ε χέη με την χαρακτηριτική διάταη του έργου (εύρος ήραγγας, ύψος πρανούς) Προομοίωη ως αυνεχές υλικό όταν ο αριθμός των υτημάτων αυνεχειών είναι "μικρός" Απαιτείται προομοίωη της γεωμετρίας και των μηχανικών χαρακτηριτικών των αυνεχειών
Μέθοδοι προομοίωης της βραχόμαζας 2. Προομοίωη ως υνεχές υλικό Παράμετροι παραμορφωιμότητας (Ε, ν) Παράμετροι αντοχής (διαρροή και ατοχία) Συμπεριφοράμετάτηδιαρροή(κράτυνη - χαλάρωη) ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Εκτίμηη παραμέτρων αντοχής και παραμορφωιμότητας Για την περιγραφή της βραχόμαζας απαιτούνται : Αρχική εντατική κατάταη ( v, h ) Παράμετροι παραμορφωιμότητας ( Ε, ν ) Παράμετροι αντοχής (διαρροή και ατοχία) Συμπεριφοράμετάτηδιαρροή(κράτυνη - χαλάρωη) Οι εργατηριακές/επιτόπου δοκιμές γίνονται ε δείγματα περιοριμένου όγκου και δεν παρέχουν αντιπροωπευτικές τιμές για τη βραχόμαζα Οι μηχανικές παράμετροι της βραχόμαζας υνήθως εκτιμώνται επί τη βάει εμπειρικών μεθόδων
ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Αρχική εντατική κατάταη v = γ h u o = o v h K h = βάθος από την επιφάνεια του εδάφους γ = ειδικό βάρος της βραχόμαζας (2-26 kn/m ) u o = υδατική πίεη πόρων Υδροτατική πίεη : u o = γ w d, γ w =10 kn/m, d = πιεζ. ύψος Κ ο = ο υντελετής οριζόντιας πίεης ( υνήθως 0.4-1.0 ) Σε υγιείς βραχόμαζες χωρίς τεκτονικές πιέεις : Κ ο = 0.6-1.0 Σε αποαθρωμένες βραχόμαζες : Κ ο = 0.4-0.7 Υπότεκτονικέςπιέεις, το Κ ο μπορεί να υπερβαίνει ημαντικά τη μονάδα (έως και 4) αλλά και να έχει πολύ μικρές τιμές (0-0.) ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Αρχική εντατική κατάταη v = γ h u o = o v h K Η μέτρηη του υντελετή (Κ ο ) είναι δυχερής Οι μέθοδοι που υνήθως χρηιμοποιούνται είναι : Η δοκιμή πρειομέτρου ή ντιλατομέτρου Η μέθοδος της υδραυλικής θραύης Η μέθοδος της δειγματοληπτικής αποτόνωης των τάεων (overcoring) Η αρχική εντατική κατάταη δεν είναι πάντοτε γεωτατική : Κοντά την επιφάνεια εδαφικών πρανών Σε μεγάλα βάθη, υπό τεκτονικές τάεις Σε έντονα ανιότροπους χηματιμούς (με τρωιγένεια)
ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Παραμορφωιμότητα E = ci 100 1. Μέτρο ελατικότητας (Ε) RMR 10 alog 40 ( ci ε MPa, E ε GPa ) ci = αντοχή ci άρρηκτου πετρώματος (ε MPa) RMR = δείκτης ταξινόμηης Bieniawski ήδείκτηςgsi (Hoek) 2. Τιμές του λόγου Poisson Τύπος βραχόμαζας Λόγος Poisson Τεμαχώδης με καλή αλληλεμπλοκή των κόκκων χωρίς διαταραχή 0.20-0.25 Τεμαχώδης ελαφρώς διαταραγμένη 0.0-0.5 Διαταραγμένη, πτυχωμένη με γωνιώδη τεμάχη 0.5-0.40 Πολύ διαταραγμένη με γωνιώδη και τρογγυλεμένα τεμάχη 0.0-0.5 Τελείως εξαλλοιωμένη βραχόμαζα 0.25-0.0 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Παράμετροι αντοχής - Κριτήρια ατοχίας 1. Κριτήριο ατοχίας Mohr-Coulomb τ = c + tanφ = N + 1 φ cm cm 2c N φ cm = αντοχή της βραχόμαζας ε μοναξονική θλίψη N φ tan 2 45 φ + 2
ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Παράμετροι αντοχής - Κριτήρια ατοχίας 2. Κριτήριο ατοχίας Hoek-Brown a ci m s 1 = + + 100 ci m = m exp GSI i 28 ci = αντοχή του αρραγούς βράχου ε μοναξονική θλίψη m i = ιδιότητα του βράχου - GSI = δείκτης ποιότητας της βραχόμαζας Τιμές του υντελετή m i για διάφορους τύπους βράχων
ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ - Κριτήρια ατοχίας 2. Κριτήριο ατοχίας Hoek-Brown 1 = + ci m ci + s a m = m i 100 exp GSI 28 Τιμές των a, s : GSI 100 GSI 25: a = 0.50 s = exp 9 GSI GSI < 25 : a = 0.65 s = 0 200 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ - Κριτήρια ατοχίας 2. Κριτήριο ατοχίας Hoek-Brown Εκφραη του κριτηρίου H-B ε χώρο τ- : = + m 1 ci ci + s a (α) Προδιοριμός του: 1 k ci GSI 25: k = 1+ m 2 GSI < 25: k = 1+ a (β) Υπολογιμός των τ, : a m ( ) 1 ci a 1 1 = + k + 1 τ = ( ) k
ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ - Κριτήρια ατοχίας 2. Κριτήριο ατοχίας Hoek-Brown Προδιοριμός των ιοδυνάμων τιμών (c, φ) : Δεν υπάρχει μονοήμαντη χέη αφού το κριτήριο Η-Β έχει καμπύλη περιβάλλουα. Αρα, η ιοδυναμία αναφέρεται ε υγκεκριμένη θέη ( ). (α) Προδιοριμός του 1 απότοκριτήριοη-β: (β) Προδιοριμός του: 1 k = + m 1 ci ci (γ) Προδιοριμός της αντοχής της βραχόμαζας ε ανεμπόδιτη θλίψη: 50 GSI 25.5 a ci cm = ci s ή, καλύτερα : cm = exp s + από ευθειοποίηη του κριτηρίου Η-Β ε χαμηλές τάεις a ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ - Κριτήρια ατοχίας Προδιοριμός της αντοχής της βραχόμαζας ε ανεμπόδιτη θλίψη ci GSI Ημι-εμπειρική χέη : cm = exp 50 25.5 ci = αντοχή του αρραγούς βράχου ε μοναξονική θλίψη Τυπικές τιμές: GSI cm / ci 75 0.79 70 0.11 60 0.210 50 0.142 40 0.096 0 0.065 20 0.044 10 0.00 strength of rockmass / intact strength 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 για GSI<75 Υπολογιμός αντοχής βραχόμαζας cm ci GSI = 0.02 exp 25.5 0 20 40 60 80 100 GSI
ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΗΣ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ - Κριτήρια ατοχίας 2. Κριτήριο ατοχίας Hoek-Brown - Προδιοριμός των ιοδυνάμων (c, φ) k 1 1 sinφ (δ) Υπολογιμός των c, φ : sinφ = c = cm k + 1 2cosφ Μέες τιμές των (c, φ) για διάφορες ποιότητες βραχόμαζας (GSI)