«γεωλογικοί σχηματισμοί» έδαφος (soil) είναι ένα φυσικό σύνολο ορυκτών κόκκων που μπορούν να διαχωριστούν με απλές μηχανικές μεθόδους (π.χ. ανακίνηση μέσα στο νερό) όρια εδάφους και βράχου όλα τα υπόλοιπα φυσικά υλικά μπορούν να ταξινομηθούν σαν βράχος (rock). Στην περίπτωση του βράχου οι κόκκοι συνδέονται με ισχυρές και μόνιμες δυνάμεις καθώς επίσης και με την ύπαρξη συγκολλητικής ύλης. τιμές αντοχής σε μοναξονική (ανεμπόδιστη) θλίψη του γεωλογικού υλικού της τάξης του F 1 ΜΡa S σκληρά εδάφη μαλακοί βράχοι με εύρος αντοχών 0.5 μέχρι 25 ΜΡa Τάση - φόρτιση P = F / S N/m 2 = Pa kn/m 2 = kpa MN/m 2 = MPa= 10kg/cm 2
Στην Τεχνική Γεωλογία και τη Βραχομηχανική η έννοια του «βράχου» διακρίνεται στις κύριες γεωλογικές δομές οι οποίες και κατά βάση οριοθετούν τη μηχανική συμπεριφορά του:
Βραχώδες υλικό (rock material) ή ανέπαφο ή ακέραιο πέτρωμα (intact rock) Eίναι ένα συνεχές, πολυκρυσταλλικό ορυκτό στερεό σώμα, που έχει συνήθως μέγεθος πυρήνα γεώτρησης και μπορεί να εξεταστεί εργαστηριακά. Είναι απαλλαγμένο από ασυνέχειες μεγάλης κλίμακας (διακλάσεις, στρώσεις κτλ) αλλά μπορεί να περιέχει ασυνέχειες μικρής κλίμακας όπως σχιστότητα, φύλλωση κτλ. (Deere, 1968). Συχνά αναφέρεται στη βιβλιογραφία και άρρηκτο πέτρωμα ή άθικτος βράχος. Ασυνέχεια (discontinuity) Είναι κάθε επίπεδο αδυναμίας ή αποχωρισμού του πετρώματος το οποίο παρουσιάζει πολύ μικρή ή μηδενική αντοχή σε εφελκυσμό (π.χ. στρώση, διάκλαση, σχιστότητα, ρήγμα κτλ).
Βραχομάζα (rock mass) Είναι ένα ασυνεχές στερεό μέσο το οποίο αποτελείται από βραχώδες υλικό που διατέμνεται από γεωλογικές ασυνέχειες. Στην πραγματικότητα, η βραχομάζα αποτελεί τη φυσική κατάσταση ενός πετρώματος, δηλ. όπως αυτό συναντάται στο ύπαιθρο και σε μεγάλη έκταση.
ισοτροπία είναι ένα μέτρο των ιδιοτήτων του υλικού κατά διεύθυνση. ομοιογένεια είναι ένα μέτρο της φυσικής συνέχειας του υλικού. Λεπτοκρυσταλλικό πέτρωμα σαν σχεδόν ομογενές, ενώ αντίθετα ένα αδροκρυσταλλικό, πολύμικτο σαν ανομοιογενές. συνέχεια αναφέρεται στο πλήθος των μικρορωγμών και πόρων που υπάρχουν στο ακέραιο πέτρωμα, που λόγω της πολύ συχνής παρουσίας τους γενικά θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν σαν ασυνεχή.
1. τον τύπο του πετρώματος (κυρίως ονομασία), 2. το χρώμα, 3. το μέγεθος των κόκκων, 4. τη δομή και ιστό και 5. το βαθμό αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης. Χαρακτηρισμός Μέγεθος κόκκων Αντιστοιχία με έδαφος Πολύ χονδρόκοκκο >60 mm Ογκόλιθοι και κροκάλες Χονδρόκοκκο 2 mm 60 mm Χαλίκια Μεσόκοκκο 60 μ 2 mm Άμμος Λεπτόκοκκο 2 μ 60 μ Ιλύς Πολύ λεπτόκοκκο <2 μ Άργιλος Ταξινόμηση Περιγραφή Υγιές (fresh) Αποχρωματισμένο (discoloured) Αποσυνθεμένο (decomposed) Κανένα ίχνος αποσάθρωσης Το χρώμα του μητρικού πετρώματος έχει αλλάξει. Αν η αλλαγή του χρώματος περιορίζεται σε μερικά ορυκτά πρέπει να αναφέρεται. Το πέτρωμα έχει μετατραπεί σε έδαφος, ο αρχικός του ιστός διατηρείται, αλλά μερικοί ή όλοι οι κρύσταλλοι έχουν αποσυντεθεί. Θρυμματισμένο (disintegrated) Το πέτρωμα έχει μετατραπεί σε εύθρυπτο υλικό, ο αρχικός του ιστός διατηρείται και οι κρύσταλλοι δεν έχουν αποσυντεθεί.
ΟΜΑΔΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Α B C D E Τελείως αποσυνθεμένος σχιστόλιθος, περιδοτίτης, διαβάσης. Μάργες. Υλικά με συμπεριφορά σκληρού εδάφους Πολύ αποσυνθεμένος σχιστόλιθος, περιδοτίτης, διαβάσης. Πολύ θρυμματισμένος μαργόλιθος, ιλυόλιθος, ψαμμίτης. Υλικά με συμπεριφορά μαλακού βράχου. Μέτρια αποσυνθεμένος σχιστόλιθος, περιδοτίτης, διαβάσης. Ελαφρά - μέτρια θρυμματισμένος μαργόλιθος, ιλυόλιθος, ψαμμίτης. Υλικά με συμπεριφορά μαλακού - χαμηλής αντοχής βράχου. Ελαφρά θρυμματισμένος - πολύ αποχρωματισμένος σχιστόλιθος, περιδοτίτης, διαβάσης. Μέτρια αποχρωματισμένος ψαμμίτης. Υλικά με συμπεριφορά βράχου χαμηλής αντοχής. Μέτρια αποχρωματισμένος σχιστόλιθος, περιδοτίτης, διαβάσης. Υλικά με συμπεριφορά μέσης αντοχής βράχου. F Ελαφρά αποχρωματισμένος σχιστόλιθος, περιδοτίτης, διαβάσης. Ελαφρά αποχρωματισμένος - υγιής ψαμμίτης. Υλικά με συμπεριφορά βράχου μέσης - υψηλής αντοχής. G Υγιής σχιστόλιθος, περιδοτίτης, διαβάσης. Υλικά με συμπεριφορά βράχου υψηλής αντοχής. δομή και ιστός
ρ d = M s / V t ρ sat = (Ms+V u.ρ w ) / V t n = (Vu / Vt).100 e = V u / V s Vs = Vt Vu Vu = (M sat - Ms ) / ρ w ρ w : πυκνότητα νερού 10 ΚΝ/m 3 = 1 Μg/m 3 = 1 ton/m 3. Περιεχόμενη υγρασία (%) = Μάζα νερού (Μ w ) Μάζα στερεών (Μ s ) x 100 στη φυσική του κατάσταση εισάγεται ο όρος φυσική υγρασία, βαθμός κορεσμού δηλ. ο λόγος του όγκου του περιεχομένου νερού προς τον όγκο των πόρων του πετρώματος. κρυσταλλικά πετρώματα w (μέχρι 1%), αργιλικής σύστασης (μαργόλιθοι, ιλυόλιθοι, μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι κτλ.) μέχρι και 30%. Αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας προκαλεί μείωση της μηχανικής αντοχής των πετρωμάτων.
Πορώδες, (n) = V u V x 100 t (%) Η πυκνότητα, ρ, (ή φαινόμενο βάρος) ορίζεται σαν ο λόγος της συνολικής μάζας προς το συνολικό όγκο του πετρώματος και παρουσιάζει δύο θεωρητικά ακραίες περιπτώσεις: την κορεσμένη πυκνότητα (ρsat) που είναι ο λόγος της μάζας του κορεσμένου πετρώματος προς το συνολικό του όγκο και εκφράζεται σε kν/m 3. M +V ρ ρ sat = s u w τη ξηρή πυκνότητα (ρ d ) που είναι ο λόγος της μάζας του ξηρού πετρώματος προς το συνολικό του όγκο (σε kν/m 3 ). M s ρ d = V t V t
Είδος ακέραιου πετρώματος ρ d (kn/m 3 ) n (%) Ασβεστόλιθος 24 27 0 3 Κρυσταλλικός, συμπαγής ασβεστόλιθος 26 27 0 1 Δολομιτιωμένος ασβεστόλιθος 15 27.5 3 38 Μαργαϊκός ασβεστόλιθος 16.5 26 6 40 Μαργόλιθος, ιλυόλιθος 17.5 26 5 40 Ψαμμίτης 15 26.5 0.5 30 Μάρμαρο 26.5 28.5 0 1 Σχιστόλιθος 22 27.5 0 3 Ανδεσίτης 21.5 23 10 40
(χρονικά «γρήγορη» αποσάθρωση) χαλάρωση (slaking) είναι η ιδιότητα των αργιλικών πετρωμάτων (αργιλικών σχιστολίθων, μαργολίθων, ιλυολίθων κτλ.) όταν διαβραχούν να αποσαθρώνονται χρονικά γρήγορα Η έννοια της ανθεκτικότητας (durability) αναφέρεται προφανώς στο μέγεθος της επιδεκτικότητας ενός πετρώματος στη γρήγορη χαλάρωσή του ποσοτικοποίηση - προσδιορισμός δείκτης χαλάρωσης (I d2 ) Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης χαλάρωσης (Id2) τόσο το πέτρωμα παρουσιάζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση
Είδος ακέραιου πετρώματος ρ d (kn/m 3 ) n (%) I d2 (%) Ασβεστόλιθος 24 27 0 3 --- Κρυσταλλικός, συμπαγής ασβεστόλιθος 26 27 0 1 --- Δολομιτιωμένος ασβεστόλιθος 15 27.5 3 38 75 100 Μαργαϊκός ασβεστόλιθος 16.5 26 6 40 33 98 Μαργόλιθος, ιλυόλιθος 17.5 26 5 40 <10 90 Ψαμμίτης 15 26.5 0.5 30 40 99 Μάρμαρο 26.5 28.5 0 1 --- Σχιστόλιθος 22 27.5 0 3 65 100 Ανδεσίτης 21.5 23 10 40 30 98
Ταχύτητα διάδοσης υπερήχων (Sound Velocity) Βραχώδες υλικό V P (m/sec) V S (m/sec) Ασβεστόλιθοι 2550 6500 1700 4000 Κρυσταλλικοί, συμπαγείς ασβεστόλιθοι 4800 6500 2800 4000 Μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι 1700 5600 1200 3300 Ψαμμίτες (μαργαϊκοί, χαλαζιακοί κ.τ.λ.) 1900 6000 1100 3500 Γνεύσιοι - Σχιστόλιθοι 2300 5900 1400 3600