Αστοχία Επαρχιακής Οδού στη Θέση Τσουλήθρα της Νήσου Άνδρου Local Road Failure in the Tsoulithra Region of Andros Island ΚΟΥΤΑΒΑΣ, Χ. Γ. Τεχν., Γεωλόγος MSC, ETVA V.I.P.E. ΚΟΥΤΑΛΙΑ, Χ. Τεχν., Γεωλόγος MSC, ΟΤΜ ΑΤΕ ΜΠΑΛΤΖΟΓΛΟΥ, Θ. Πολ. Μηχανικός MSC, ΟΤΜ ΑΤΕ ΠΛΥΤΑΣ, Κ. Πολ. Μηχανικός Dr. Ing, ΟΤΜ ΑΤΕ ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται οι γεωλογικές και γεωτεχνικές συνθήκες αστοχίας στη θέση "Τσουλήθρα" της νήσου Άνδρου. Εντοπίζεται ο μηχανισμός αστοχίας και ο ρόλος της διάβρωσης του φυσικού πρανούς από τη θάλασσα. Σκιαγραφούνται εναλλακτικές λύσεις αντιμετώπισης των αστοχιών με σκοπό την σταθεροποίηση της οδού. ABSTRACT: The geological and geotechnical conditions of the slope failure in the "Tsoulithra" region of Andros island are presented in the present paper. The failure mechanism and the destabilizing role of natural foot erosion are examined. Finally, remedial measures are presented. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι έντονες πλημμύρες τον Φεβρουάριο του 2003 στην περιοχή των Κυκλάδων είχαν ως αποτέλεσμα εκτεταμένες φυσικές καταστροφές στο οδικό δίκτυο των νησιών. Πιο συγκεκριμένα στη θέση "Τσουλήθρα", περί τη Χ.Θ. 1+000 του κεντρικού οδικού άξονα Γαύριο Μπατσί Σταυροπέδα Χώρα της Άνδρου παρατηρήθηκαν διαδοχικές αστοχίες των υφιστάμενων πρανών που είχαν ως αποτέλεσμα την πρόκληση ζημιών στην άκρη της οδού, την κατάρρευση υφιστάμενων τοίχων αντιστήριξης από οπλισμένο σκυρόδεμα και την δημιουργία κατακόρυφου πρανούς στην άκρη της οδού αμφίβολης ευστάθειας στην άμεση γειτονία του οποίου βρίσκονται κατοικίες. Όλα τα παραπάνω έθεταν σε κίνδυνο την ασφάλεια της οδού. 2. ΣΥΝΤΟΜΟ ΙΣΤΟΡΙΚΟ Στη θέση της αστοχίας η οδός βρίσκεται σε όρυγμα, σε ύψος 40 45m από τη στάθμη της θάλασσας, ενώ κάτωθεν της οδού και σε υψόμετρο 25 30m από τη θάλασσα έχει δημιουργηθεί πλάτωμα για την κατασκευή κατοικιών. Από επί τόπου παρατηρήσεις διαπιστώθηκαν διαδοχικές αστοχίες κατολισθήσεις στα υφιστάμενα πρανή που εκτείνονται από την άκρη της οδού έως τη θάλασσα (Σχήμα 1). Στη θέση της αστοχίας το πρανές έχει αστοχήσει σε μήκος 40m με αποτέλεσμα την κατάρρευση τριών βαθμιδωτών τοίχων αντιστήριξης συνολικού μήκους 20m και ύψους 4.00 5.00m έκαστος, που είχαν κατασκευαστεί από τον ιδιοκτήτη της οικίας, ως πρόσβαση κατάντη της οδού (Φωτογραφία 1). Στην υπόψη περιοχή τίθεται σε κίνδυνο η οδός λόγω του κατακόρυφου πρανούς ύψους ~10 15m, αμφίβολης ευστάθειας, που έχει δημιουργηθεί. Στο υπάρχον πλάτωμα έχουν σημειωθεί εκτεταμένες ρωγμές (Φωτογραφίες 2, 3) του εδάφους με αποτέλεσμα να προκληθούν σημαντικές ζημιές στον περιβάλλοντα της οικίας χώρο, ενώ η οικία έχει λάβει κλίση. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 1
Σχήμα 1. Γεωλογική Οριζοντιογραφία στην περιοχή της αστοχίας Figure 1. Geological plan view of the failure area Φωτογραφία 1. Γενική άποψη της περιοχής αστοχίας Photograph 1. General view of the Area 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 2
Φωτογραφίες 2, 3. Λεπτομέρειες ρωγμών στην περιοχή της αστοχίας Photographs 2, 3. Details of the cracks 3. ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Η υπό μελέτη περιοχή βρίσκεται πλησίον της θάλασσας σε ήπια κλιτύ, μέσης κλίσης 20º προς τα νότια, που καταλήγει σε βραχώδη ακτή. Στο δυτικό της τμήμα η ακτή και η γενικότερη μορφολογία στρέφεται προς βορρά χωρίς μεταβολή της κλίσης του αναγλύφου. Στα ανατολικά της ακτής σχηματίζεται ορμίσκος με μικρή παραλία στον οποίο καταλήγουν δύο ρέματα περιοδικής ροής με διεύθυνση απορροής από τα ΒΑ προς τα ΝΔ. Μία μικρή μισγάγγεια σχηματίζεται αμέσως ανατολικά της αστοχείσας οικίας, η οποία λόγω της υδροχαρούς βλάστησης που την περιβάλλει ενδέχεται να αποτελεί άξονα υπόγειας αποστράγγισης. 4. ΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΥΔΡΟΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΤΕΚΤΟΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΠΕΡΙΟΧΗΣ Η Άνδρος εντάσσεται γεωτεκτονικά στο Αττικοκυκλαδικό σύμπλεγμα και συγκεκριμένα στην ενδιάμεση τεκτονική ενότητα του συμπλέγματος αυτού και αποτελείται από καστανότεφρους έως τεφροπράσινους και κατά θέσεις υποπράσινους λεπτομεσοστρωματώδεις μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους. Οι σχιστόλιθοι είναι πολυπτυχωμένοι και σχηματίζουν ισοκλινείς κεκλιμένες πτυχές, οι άξονες των οποίων είναι περίπου κάθετοι μεταξύ τους και είναι έντονα ρηγματωμένοι. Η γενική κλίση των επιπέδων σχιστότητας είναι προς τα ΝΔ (με στοιχεία κλίσης 30 /230 ), υπάρχουν όμως συστηματικές επιφάνειες διαρρήξεων με κλίσεις ομόρροπες προς την μορφολογική. Στην θέση της παρατηρηθείσας αστοχίας και πάνω από τους σχηματισμούς του υποβάθρου συναντώνται εδαφικά υλικά αποτελούμενα από ασύνδετα αργιλώδη αμμοχάλικα και αποτελούν είτε αποσαθρώματα (in situ) είτε κορήματα είτε (το πιθανότερο) προϊόντα εκσκαφών που χρησιμοποιήθηκαν για την διαμόρφωση των χώρων. Τα υλικά αυτά έχουν μικρό πάχος, καθόσον οι μορφολογικές κλίσεις δεν επιτρέπουν τη συγκράτηση σημαντικών ποσοτήτων χαλαρών υλικών. Η περιοχή είναι έντονα ρηγματωμένη. Στον γεωλογικό χάρτη του ΙΓΜΕ, φύλλο Άνδρος εμφανίζεται να έχει χαρτογραφηθεί μια σειρά από τρία παράλληλα ρήγματα διεύθυνσης ΒΔ- ΝΑ στην ευρύτερη περιοχή, το πλέον δυτικό εκ 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 3
των οποίων διατρέχει την ακτή κατάντη της οδού και της οικίας (Σχήμα 1). Το ρήγμα αυτό φαίνεται ότι έπαιξε σημαντικό ρόλο στην εκδήλωση της αστοχίας (βλ. 7). 5. ΚΑΘΕΣΤΩΣ ΥΠΟΓΕΙΟΥ ΝΕΡΟΥ Από επί τόπου παρατηρήσεις δεν διαπιστώθηκαν επιφανειακές ενδείξεις νερού στα πρανή του δρόμου ή των εκσκαφών. Η μόνη γεωμορφή που πιθανότατα συνδέεται με παρουσία νερού είναι μία χοανοειδείς καταβύθιση στο δάπεδο του χώρου εκσκαφής, βόρεια της αστοχείσας οικίας (Φωτογραφία 4). Από τους εμφανιζόμενους στην περιοχή σχηματισμούς, τα κορήματα εμφανίζουν υψηλή περατότητα, ενώ οι αποσαθρωμένοι σχιστόλιθοι (προς την επιφάνεια), λόγω της ύπαρξης διαρρήξεων σε αυτούς και ο μανδύας αποσάθρωσής τους έχουν ενδιάμεση περατότητα. Οι υγιείς σχιστόλιθοι είναι πρακτικά αδιαπέρατοι και δεν αναμένονται να δημιουργήσουν σημαντικούς υδροφορείς. Επιφανειακοί υδροφόροι ορίζοντες δεν αναμένονται ούτε εντός των κορημάτων καθόσον λόγω της υψηλής τους περατότητας φαίνεται ότι αποστραγγίζονται εύκολα. 6. ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΥΠΕΔΑΦΟΥΣ Προκειμένου να γίνει αναγνώριση του υπεδάφους στην περιοχή εκτελέστηκαν δύο δειγματοληπτικές γεωτρήσεις στο βραχώδες υπόβαθρο και ελήφθησαν αντιπροσωπευτικά δείγματα για την εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών. Οι δειγματοληπτικές γεωτρήσεις διέτρησαν επιφανειακά και μέχρι μεγίστου βάθους 1.00m έναν ορίζοντα από ασύνδετα αργιλώδη αμμοχάλικα που αποτελούν είτε αποσαθρώματα (in situ) είτε κορήματα είτε προϊόντα εκσκαφών που χρησιμοποιήθηκαν για τη διαμόρφωση του χώρου. Σε μεγαλύτερο βάθος συναντήθηκε το υπόβαθρο της περιοχής που συνίσταται από τεφροπράσινους έως λευκοπράσινους αμφιβολιτικούς σχιστολίθους που εναλλάσσονται με καστανούς έως τεφροκάστανους λεπτοστρωματώδεις μαρμαρυγιακούς σχιστολίθους με ασβεστιτικούς ορίζοντες. Οι γεωτεχνικές παράμετροι των σχιστολίθων καθώς και το ποσοστό εμφάνισής τους στις γεωτρήσεις συνοψίζονται στον ακόλουθο πίνακα 1. Φωτογραφία 4. Χοανοειδής καταβύθιση στο κέντρο της αστοχήσασας περιοχής. Photograph 4. Funnel hole at the center of the failure area Πίνακας 1. Παράμετροι Σχεδιασμού Σχιστολίθων Table 1. Schist s design parameters Κατηγορία RMR Αμφιβολιτικοί Σχιστόλιθοι II ΙΙΙ Αποσαθρωμένος Μαρμαρυγιακός Σχιστόλιθος IΙI ΙV Ποσοστό Συμμετοχής Σχηματισμού (%) RMR GSI 56 57 52 44 42 37 Αντοχή επί των ασυνεχειών φ ( ) 30 c (kpa) 30 φ ( ) 20 c (kpa) 20 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 4
Σχήμα 2. Γεωλογική τομή πριν την αστοχία Figure 2. Geological section prior to slope failure Σχήμα 3. Πιθανολογούμενοι μηχανισμοί αστοχίας, (Α) Figure 3. Probable slope failure mechanism, (A) 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 5
Σχήμα 4. Πιθανολογούμενοι μηχανισμοί αστοχίας, (Β) Figure 4. Probable slope failure mechanism, (B) Σχήμα 5. Πιθανολογούμενοι μηχανισμοί αστοχίας, (Γ), Υπάρχουσα κατάσταση Figure 5. Possible slope failure mechanism, (C), Existing condition 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 6
7. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ Η κύρια αστοχία εκτείνεται από τη στάθμη του δρόμου μέχρι το υψόμετρο της θάλασσας, όπου οι ρωγματώσεις στον βράχο φαίνεται να σταματούν περί τα 8.00m πάνω από τη στάθμη της θάλασσας. Φαίνεται δε να μετατοπίζεται προς τα ανατολικά. Στην ίδια πλευρά και λίγο υψηλότερα από τη στάθμη της θάλασσας και περίπου κατάντη υπάρχουσας οικίας είχε επίσης εκδηλωθεί αβαθής ολίσθηση, σφηνοειδούς μορφής στα υλικά του βραχώδους υποβάθρου. Εκτιμάται ότι η ολίσθηση αυτή δεν επεκτάθηκε προς τα ανάντη λόγω του ηπιότερου μορφολογικού ανάγλυφου. Μία παρόμοια αστοχία είχε επίσης εκδηλωθεί και δυτικά της κύριας αστοχίας. Η ύπαρξη ρήγματος κατά μήκος της ακτής ενδέχεται να έχει ευνοήσει τη δημιουργία όλων των αρχικών αυτών χαμηλών ολισθήσεων. Επίσης κατά μήκος της ακτής διαπιστώθηκαν εκτεταμένες θαλάσσιες υποσκαφές από το χειμέριο κύμα (περίπου 1.00m πάνω από τη στάθμη της θάλασσας και για ύψος περί τα 8.00m), οι οποίες ευθύνονται πιθανότατα για τις παρατηρηθείσες αστοχίες. Ο πιθανός μηχανισμός αστοχίας παρουσιάζεται στα Σχήματα 2 έως 5, όπου οι αστοχίες φαίνεται να ξεκίνησαν από την πλευρά της θάλασσας και να επεκτάθηκαν βαθμιαία προς τα ανάντη. Οι υποσκαφές, η χαλάρωση της βραχομάζας κατά μήκος των ασυνεχειών αλλά και οι έντονες βροχοπτώσεις, λόγω του χαμηλού συντελεστή διαπερατότητας των σχιστολίθων, δημιούργησαν συνθήκες κορεσμού εντός των ήδη χαλαρωμένων και διευρυμένων ασυνεχειών και προκάλεσαν είτε δρώντας ως μεμονωμένοι αποσταθεροποιητικοί παράγοντες είτε σε συνδυασμό μεταξύ τους, την αρχική αστοχία. Η αρχική αστοχία μπορεί να εκδηλώθηκε υπό μορφή υποσκαφής ή ανατροπής ή σφηνοειδούς ολίσθησης (Σχήματα 3, 4). Μετά την υποχώρηση του κατάντη τεμάχους, τα ανάντη τμήματα της βραχομάζας χάνοντας την πλευρική τους υποστήριξη και υπό την συνεχή δράση των αποσταθεροποιητικών παραγόντων άρχισαν διαδοχικά να αποκολλώνται και να υποχωρούν προς την θάλασσα (Σχήματα 4, 5). Επιπλέον οι ασυνέχειες της βραχομάζας των σχιστολίθων (κυρίως αυτές που βρίσκονται σε μικρό βάθος από την επιφάνεια), διευρύνθηκαν λόγω της αποτόνωσης από τις ανθρωπογενείς εργασίες των εκσκαφών για τη δημιουργία πλατώματος για την έδραση της αστοχείσας κατοικίας. Επιπροσθέτως οι ισοπεδώσεις περιόρισαν την απορροή προς όφελος της κατείσδυσης. Με τις παραπάνω διαμορφώσεις το απορρέον νερό συγκεντρώνεται προς την περιοχή της χοανοειδούς καταβύθισης που δημιουργήθηκε στο πλάτωμα (Φωτογραφία 4). Η ανάντη ολίσθηση φαίνεται ότι είναι περιστροφική, όπως προκύπτει από την ανύψωση του εδάφους στον πόδα της και από την περιστροφή των υποστυλωμάτων που συγκρατούν τον πρόβολο (βεράντα) της οικίας. Η ύπαρξη της οικίας, αν και έλαβε μικρή κλίση, φαίνεται ότι λειτούργησε σταθεροποιητικά λόγω του βάρους της (Σχήμα 5). Η πιθανότητα εκδήλωσης βαθύτερης αστοχίας αν και δεν θεωρείται αδύνατη κρίνεται ότι είναι αμελητέα. Η χρονική εξέλιξη των κατολισθητικών φαινομένων δεν ήταν εύκολο να προσδιοριστεί ενώ ο σχηματισμός αντιβάρου στον πόδα των πρανών λόγω των υλικών που μεταφέρθηκαν εκεί από προηγούμενες αστοχίες έπαιζε σταθεροποιητικό ρόλο. 8. ΣΚΙΑΓΡΑΦΗΣΗ ΠΙΘΑΝΩΝ ΛΥΣΕΩΝ Με βάση ενδεικτικούς έλεγχους ευστάθειας των πρανών κατάντη της οδού και ανάντη της οικίας καθώς και χονδροειδείς εκτιμήσεις του μηχανισμού πιθανής βαθύτερης αστοχίας των υφιστάμενων πρανών μέχρι τη θάλασσα, προτάθηκαν ενδεικτικές λύσεις για την αντιμετώπιση των αβαθών και βαθύτερων αστοχιών. Για την αντιμετώπιση των αβαθών συνθηκών αστοχίας του εδάφους ως πιθανές λύσεις προτάθηκαν: η κατασκευή διαδοχικών τοίχων βαρύτητας από άοπλο ή οπλισμένο σκυρόδεμα, η κατασκευή εύκαμπτων διαδοχικών τοίχων αντιστήριξης μορφής «L» από οπλισμένο σκυρόδεμα σε συνδυασμό με αγκύρια βράχου, η κατασκευή εύκαμπτων λοξών συνεχών τοίχων αντιστήριξης μορφής «L» από οπλισμένο σκυρόδεμα σε συνδυασμό με αγκύρια βράχου, η εκσκαφή και δημιουργία διαδοχικών αναβαθμίδων σε βράχο και επένδυσή τους με εκτοξευόμενο σκυρόδεμα οπλισμένο με δομικό πλέγμα σε συνδυασμό με αγκύρια βράχου πλήρους πακτώσεως. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 7
Η έδραση όλων των παραπάνω κατασκευών γίνεται επί του σταθερού βραχώδους υποβάθρου. Για την αντιμετώπιση του ενδεχόμενου βαθύτερου μηχανισμού αστοχίας προτάθηκε: η κατασκευή συστοιχιών μικροπασσάλων, διαμέτρου της τάξης των 0,30m έως 0,40m, οπλισμένων με πρότυπες μεταλλικές δοκούς (λ.χ. ΙΡΕ ή ΙΡΒ) στα άκρα της οδού, που θεωρείται ως πιο επικρατέστερη λύση, αφού απαιτεί τη μεταφορά λιγότερου εξοπλισμού επί τόπου, θεωρήθηκε η κατασκευή πασσαλοστοιχιών. Η κατασκευή πασσαλοστοιχιών μεγάλης διαμέτρου της τάξης των 0,80m έως 1,00m στα άκρα της οδού. Στις δύο τελευταίες περιπτώσεις κρίνεται αναγκαία η διαμόρφωση του κατάντη πρανούς σε ευσταθή κλίση και η κατασκευή συστήματος συνεχών τοίχων για την εξασφάλιση των βραχωδών πρανών. Σε κάθε περίπτωση πάντως θα πρέπει αφ ενός να απομακρυνθούν τα ασταθή και ολισθημένα υλικά που βρίσκονται στο επίπεδο της οικίας και να αποκαλυφθεί το βραχώδες υπόβαθρο και αφετέρου οι απαιτούμενες εκσκαφές να γίνουν με προσοχή. Εκτός από τις παραπάνω μακροπρόθεσμες λύσεις είναι αναγκαία η λήψη άμεσων μέτρων για την εξασφάλιση της περιοχής από περαιτέρω μετακινήσεις. Τα μέτρα αυτά περιλαμβάνουν: α) την σφράγιση των ρωγμών με άοπλο σκυρόδεμα ή ασφαλτικό υλικό ή άργιλο, ώστε να αποτραπεί η εισροή νερού προς τις επιφάνειες ολίσθησης και β) την αποστράγγιση των νερών της βροχής και την διευθέτηση των επιφανειακών νερών από την πληγείσα ζώνη. 9. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Κατσικάτσος. Γεωλογία της Ελλάδας. Πανεπ. Πάτρας, 1992. Hoek E & Bray J.W. Rock Slope Engineering. IMM London (3 rd Edition), 1992. 6ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, 29/09 1/10 2010, Βόλος 8