ΤΕΧΝΙΚΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ 7o Μάθηµα Ευστάθεια πρανών Ευστάθεια βραχωδών πρανών Διδάσκοντες: Β. Χρηστάρας Καθηγητής Β. Μαρίνος, Λέκτορας Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας και Υδρογεωλογίας ΑΠΘ
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 6ου ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ «Ευστάθεια Βραχωδών Πρανών»
II. Ευστάθεια βραχωδών πρανών • •
Τύποι βραχοκαταπτώσεων Ανάλυση βραχοκαταπτώσεων – –
•
Εκτίµηση πιθανών ολισθήσεων Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (F)
Μέτρα συγκράτησης – αντιστήριξης βραχοκαταπτώσεων
Πως θα συµπεριφερθεί; Ποιός ο πιθανός τύπος αστοχίας;
Πως θα συµπεριφερθεί-αστοχήσει ??? ΤΥΠΟΙ ΔΟΜΩΝ ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ Αποδοµηµένη βραχόµαζα
Πως µπορεί να αστοχήσει η βραχόµαζα ? Ισότροπη Αστοχία βραχόµαζας ως ισότροπο µέσο (περιστροφική ολίσθηση)
Ανισότροπη Αστοχία κατά µήκος συγκεκριµένων προυπαρχουσών Ασυνεχειών (επίπεδη ή σφηνοειδή ολίσθηση)
Μηχανισµοί αστοχιών σε βραχώδη πρανή • Επίπεδες αστοχίες (planar failures) ελέγχονται από µία µόνο επιφάνεια ασυνέχειας που προβάλλει στο πρόσωπο του πρανούς σχήµα • Σφηνοειδείς αστοχίες (wedge failures) περιλαµβάνουν µια αστοχούσα µάζα που καθορίζεται από δύο επιφάνειες ασυνεχειών που τέµνονται κατά µία γραµµή µε κατηφορική κλίση προς το µέτωπο του πρανούς • Αστοχίες ανατροπής (toppling failures) περιλαµβάνουν πλάκες ή κολώνες (στύλους) βράχου που οριοθετούνται από ασυνέχειες που βυθίζονται απότοµα στο µέτωπο του πρανούς (αντίρροπα µε το πρανές) • Κυκλικές αστοχίες (circular failures) πραγµατοποιούνται σε βραχόµαζες που είτε είναι έντονα διακλασµένες (χωρίς να προβάλει κάποια σαφώς επικρατούσα και δυσµενής προσανατολισµός), ή αποτελούνται από υλικά µε χαµηλή αντοχή του άρρηκτου πετρώµατος
Τύποι αστοχίας β ρ α χ ω δ ώ ν πρανών
Ανισότροπη συµπεριφορά βραχωδών πρανών
Ισότροπη συµπεριφορά βραχωδών πρανών
Περιστροφική ολίσθηση βράχου
Περιστροφική ολίσθηση βράχου
ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΗ ΠΑΝΑΓΟΠΟΥΛΑΣ Ν.Ε.Ο. ΑΘΗΝΩΝ – ΠΑΤΡΩΝ, 1971 Περιστροφική ολίσθηση (τύπου εδάφους) σε κατακερµατισµένο Ασβεστόλιθο σε εναλλαγές µε αργ. σχιστολίθους και πυριτιόλιθους
ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΗ ΠΑΝΑΓΟΠΟΥΛΑΣ Ν.Ε.Ο. ΑΘΗΝΩΝ – ΠΑΤΡΩΝ, 1971
Μεγάλη κατολίσθηση Παναγοπούλας (Κόρινθος-Πάτρα): • Μη δυνατότητα µόνιµης σταθεροποίησης της κατολίσθησης (πρόβληµα κλίµακας-δαπανηρά µ έ τ ρ α α ν τ ι σ τ ή ρ ι ξ η ς µ ε υ ψ η λό β α θ µ ό διακινδύνευσης, δηλαδή και µετά τα µέτρα µπορεί να γίνει ολίσθηση). • Μ ό ν ι µ η λ ύ σ η : « Π έ ρ α σ µ α » α π ό τ η ν κατολίσθηση µέσα από το βουνό µε σήραγγα πίσω από την επιφάνεια κατολίσθησης.
ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΗ ΤΣΑΚΩΝΑ (Ε.Ο. ΤΡΙΠΟΛΗ – ΚΑΛΑΜΑΤΑ) 1993 Περιστροφική ολίσθηση (τύπου εδάφους) σε διατµηµένο φλύσχη (εδώ αργ. Σχιστόλιθοι)
Μ ε γ ά λ η κα τ ο λ ί σ θ η σ η Τσ α κ ώ ν α ( Τ ρ ί π ο λ η Καλαµάτα): «Πέρασµα» από την κατολίσθηση µε γέφυρα όπου τα βάθρα θεµελιώνονται πριν και µετά την κατολίσθηση.
Ανισότροπη συµπεριφορά Κινηµατική Ανάλυση Βραχωδών Πρανών
Ο πιθανός µηχανισµός αστοχίας εδώ είναι η ολίσθηση τεµάχους πάνω σε µία ή περισσότερες ασυνέχειες που ο προσανατολισµός του καθοδηγεί τη θραύση. Όταν, δηλαδή, η βραχόµαζα δεν συµπεριφέρεται ως ισότροπο υλικό αλλά ανισότροπα.
Ολίσθηση πάνω σε προϋπάρχουσα ασυνέχεια
Την ευστάθεια του πρανούς θα καθορίσει η αντοχή των ασυνεχειών. Το υλικό συµπεριφέρεται αυστηρά ανισότροπα αν ευνοείται ο προσανατολισµός των ασυνεχειών σε σχέση µε τον προσανατολισµό του πρανούς.
Ανισότροπη συµπεριφορά Ολίσθηση πάνω σε προϋπάρχουσα ασυνέχεια
Μορφές κατολισθήσεων Επίπεδη ολίσθηση
Επίπεδη Ολίσθηση
Μορφές κατολισθήσεων Σφηνοειδής ολίσθηση
Ανισότροπη συµπεριφορά βράχου (σφηνοειδής ολίσθηση)
Διατµητική αντοχή ασυνεχειών
Σφηνοειδής Ολίσθηση
Σφηνοειδής Ολίσθηση
Σφηνοειδής Ολίσθηση
ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΥΣΤΑΘΕΙΑΣ ΠΡΑΝΟΥΣ Προϋποθέσεις ολίσθησης
§ Περιστροφική ολίσθηση § Επίπεδη ολίσθηση § Σφηνοειδής ολίσθηση § Ολίσθηση από ανατροπή
Περιστροφική Ολίσθηση Προϋποθέσεις ολίσθησης 1. Μεγάλο πλήθος ασυνεχειών σε πολλαπλές διευθύνσεις. 2. Στο δίκτυο: διάσπαρτοι πόλοι ασυνεχειών
Περιστροφική Ολίσθηση
1. Στο δίκτυο: διάσπαρτοι πόλοι ασυνεχειών
Περιστροφική Ολίσθηση Πρανές • Δεν επικρατεί συγκεκριµένο σύστηµα ασυνεχειών
Επίπεδη Ολίσθηση Προϋποθέσεις ολίσθησης 1. Η ασυνέχεια να «ξεµιτίζει» στην επιφάνεια του πρανούς 2. Η ασυνέχεια να έχει περίπου (±20 µοίρες διαφορά) παράλληλη διεύθυνση και φορά µε το πρανές. 3. Η γωνία του πρανούς (φπ) να είναι µεγαλύτερη από της ασυνέχειας (φα) και οι δύο µεγαλύτερες από την γωνία τριβής της ασυνέχειας (φ). φπ > φα > φ
Επίπεδη Ολίσθηση
1. Διεύθυνση ασυνέχειας // µε διεύθυνση πρανούς (επιτρεπόµενη διαφορά έως ± 200) 2. φπ > φα > φ (Δοκιµή Markland)
Επίπεδη Ολίσθηση Πρανές (φπ)
Γωνία τριβής (φο) Συγκέντρωση πόλων
φπ > φα > φ
Ασυνέχεια (φα)
Σφηνοειδής ολίσθηση Προϋποθέσεις ολίσθησης Δηµιουργία διέδρου από συνδυασµό δύο ασυνεχειών το οποίο ολισθαίνει κατά την ακµή του.
1. Η γωνία του πρανούς (φπ) να είναι µεγαλύτερη από της ακµής (φτ) και οι δύο µεγαλύτερες από την γωνία τριβής της ασυνέχειας (φ). (Δοκιµή Markland) φπ > φτ > φ 2. Η τοµή των ασυνεχειών να «ξεµιτίζει» στην επιφάνεια του πρανούς.
Σφηνοειδής Ολίσθηση
1. φπ > φτ > φ
Σφηνοειδής Ολίσθηση Πρανές (φπ)
Γωνία τριβής (φο) Συγκέντρωση πόλων
φπ > φτ > φ
Τοµή Ασυνεχειών (φτ)
Ολίσθηση σφήνας Που γίνεται η ολίσθηση??? 1. Κατά µήκος το ενός ή του άλλου επιπέδου (ασυνέχεια Κ1 ή Κ2) 2. Κατά µήκος της τοµής – ακµής των 2 ασυνεχειών Τεστ Hocking q Αν µεταξύ της διεύθυνσης κλίσης του πρανούς και της διεύθυνσης κλίσης της τοµής (ι) δεν περιέχεται κάποια από τις 2 ασυνέχειες (εδώ Κ1, Κ2) τότε η ολίσθηση µπορεί να γίνει κατά µήκος της i. q Αν περιέχει την Κ1 ή την Κ2 τότε η ολίσθηση γίνεται κατά µήκος του Κ1 ή Κ2.
Ολίσθηση από ανατροπή Προϋποθέσεις ολίσθησης 1. Φορά κλίσης ασυνέχειας: Αντίρροπη φοράς κλίσης πρανούς, µε διεύθυνση +/- 200 2. Μεγάλη κλίση ασυνέχειας (>700)
Ολίσθηση από Ανατροπή
Ολίσθηση Ανατροπής (γενικό κριτήριο) Πρανές Συγκέντρωση πόλων • Φα>70ο • Αντίθετη φορά κλίσης από το πρανές
Ασυνέχεια (φα>70ο )
Εργαλεία Προβολής Γωνία Τριβής φ • Προβάλλεται ως κύκλος µε κέντρο το δίκτυο και ακτίνα 90-φ • Προβάλλεται ως έλλειψη γύρω από τον πόλο Ν (κώνος τριβής Talobre) του επιπέδου
Σηµείωση: Στις ασκήσεις θα δουλεύετε µε κύκλο τριβής καθώς θα θεωρούµε την γωνία τριβής ίδια για όλες τις ασυνέχειες
Γωνία Τριβής φ • Προβάλλεται ως κύκλος µε κέντρο το δίκτυο και ακτίνα 90-φ
Γωνία Τριβής φ • Προβάλλεται ως έλλειψη γύρω από τον πόλο Ν (κώνος τριβής Talobre) του επιπέδου
Σηµείωση: Στις ασκήσεις θα δουλεύετε µε κύκλο τριβής καθώς θα θεωρούµε την γωνία τριβής ίδια για όλες τις ασυνέχειες
Ανάλυση ευστάθειας πρανών • Συντελεστής Ασφαλείας (F):
F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς ολίσθηση • Αν F<1 τότε έχουµε αστοχία • Αν F>1 τότε έχουµε ευστάθεια • Αν F=1 τότε έχουµε οριακή ισορροπία • Είναι όµως η οριακή ισορροπία (F=1) αποδεκτό όριο για την ασφαλή λειτουργία των πρανών;;;
Ανάλυση ευστάθειας πρανών F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς ολίσθηση • Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης: i. Βάρος (κάθετη συνιστώσα στην επιφάνεια) ii. Τριβή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης iii. Συνοχή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης
• Δυνάµεις που ωθούν έναντι ολίσθησης: i. ii. iii. iv.
Βάρος (παράλληλη συνιστώσα µε την επιφάνεια ολίσθησης Πίεση νερού µέσα στις ασυνέχειες Δύναµη πιθανού σεισµού Εξωτερικό βάρος (φορτίο) πάνω στο υπό ολίσθηση µπλοκ
Ανάλυση δυνάµεων σε επίπεδη αστοχία Δυνάµεις: Βάρος W και δύναµη Τριβής T
F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι Το βάρος W αναλύεται σε δύο συνιστώσες: ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς • Ν: στην ορθή συνιστώσα (συγκρατεί) • S: στην διατµητική (ωθεί) ολίσθηση F=T/S T=Ν*εφφ=Wσυνα*εφφ S=W*ηµα
• Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης:
(κάθετη Όπου α ηi. γωνίαΒάρος κλίσης του υπό ολίσθηση τεµάχους
συνιστώσα στην επιφάνεια) ii. Τριβή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης • Αν έχει και δύναµη συνοχής Rc: Συνοχή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης εφφ= Τ/Νiii. + Rc/N
• Δυνάµεις που ωθούν έναντι ολίσθησης: i. Βάρος (παράλληλη συνιστώσα µε την επιφάνεια ολίσθησης ii. Πίεση νερού µέσα στις ασυνέχειες iii. Εξωτερικό βάρος (φορτίο) πάνω στο υπό ολίσθηση µπλοκ
Αύξηση του συντελεστή ασφαλείας αν F<1 F = Δυνάµεις που συγκρατούν έναντι ολίσθησης / Δυνάµεις που ωθούν προς ολίσθηση 1. Αύξηση του αριθµητή: Αύξηση των δυνάµεων που συγκρατούν § § §
Εφαρµογή αγκυρίων Εφαρµογή εκτοξευµένου σκυροδέµατος Αύξηση βάρους στη βάση του πρανούς
2. Μείωση του παρανοµαστή: Μείωση των δυνάµεων που ωθούν στην ολίσθηση § §
Μείωση των υδατικών πιέσεων (αποστράγγιση) Ελάφρυνση – αφαίρεση βάρους
Η παρουσία του νερού ως καθοριστικός παράγοντας για την ευστάθεια ενός βραχώδους πρανούς • Η πίεση του νερού – Η πίεση του νερού µέσα στις ρωγµές πιέζει το υπό ολίσθηση µπλοκ είτε αυξάνοντας τις υδροστατικές δυνάµεις (ανοικτή επιφάνεια) είτε αυξάνοντας τις πιέσεις πόρων (αδιαπέρατη ασυνέχεια, π.χ. αργιλική). Δηλαδή µειώνονται οι ενεργές τάσεις – µειώνει την ευστάθεια των πρανών µειώνοντας τη διατµητική αντοχή των πιθανών επιφανειών ολίσθησης (για επιφάνειες µε αργιλικά κυρίως υλικά)
• Aύξηση του βάρους της βραχόµαζας. Εξάλλου οι µεταβολές στο ποσοστό της υγρασίας σε µερικού βράχους, ιδιαίτερα αργιλικούς σχιστόλιθους, µπορούν να προκαλέσουν ταχύτατη αποσάθρωση µε αποτέλεσµα τη µείωση της ευστάθειας.
Ευστάθεια βραχωδών πρανών Ανάλυση • Βραχώδη Πρανή: Βραχώδη πρανή υψηλότερα από 10 µέτρα πρέπει να µελετώνται σύµφωνα µε τις αρχές της Βραχοµηχανικής, λαµβανοµένων υπόψη των συνθηκών του υπόγειου νερού. • Οι εκσκαφές στο βράχο πρέπει να µελετώνται ώστε να είναι ασφαλείς έναντι συνολικής θραύσης, αλλά θα είναι επιτρεπτές επιφανειακές θραύσεις των πρανών µεταξύ των οριζόντιων βαθµίδων. • Πρέπει να λαµβάνονται µέτρα ώστε να µη φθάνουν στο δρόµο καταπτώσεις βραχωδών συντριµµάτων από το πρανές. Η γραµµή πρανούς, για τη µελέτη της συνολικής θραύσης, θα ορίζεται από τη γραµµή που ενώνει το πίσω µέρος των οριζοντίων βαθµίδων.
Αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας • Βραχώδη Πρανή: Οι ελάχιστοι συντελεστές ασφάλειας έναντι θραύσης του συνολικού πρανούς (σε περίπτωση αναβαθµίδων) θα πρέπει να είναι σύµφωνοι µε τον Πίνακα: ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ - ΘΡΑΥΣΗ ΣΥΝΟΛΙΚΟΥ ΠΡΑΝΟΥΣ
1
2
3
4
Ν
Ν
Ο
Ο
Ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50- Ν ετίας
Ο
Ν
Ο
α/α Συνδυασµού Σεισµός
Απαιτούµενος συντελεστής ασφαλείας όπου : Σεισµός Ν Σεισµός σχεδιασµού σύµφωνα µε το ΝΕΑΚ, παραγρ. 5.4 Ο Όχι σεισµός Ανώτατη στάθµη υπογείου ορίζοντα 50-ετίας Ν Προβλεπόµενη ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50-ετίας Ο Προβλεπόµενη ετήσια ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα
-
1,0 1,2 1,3
Αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας • Βραχώδη Πρανή: Οι ελάχιστοι συντελεστές ασφάλειας έναντι θραύσης των πρανών µεταξύ οριζοντίων αναβαθµών θα πρέπει να είναι σύµφωνοι µε τον Πίνακα: ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ ΒΡΑΧΩΔΩΝ ΠΡΑΝΩΝ - ΠΡΑΝΗ ΜΕΤΑΞΥ ΟΡΙΖΟΝΤΙΩΝ ΒΑΘΜΙΔΩΝ
α/α Συνδυασµού
1
2
3
4
Σεισµός
Ν
Ν
Ο
Ο
Ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50- Ν ετίας Απαιτούµενος συντελεστής ασφαλείας -
Ο
Ν
Ο
όπου : Σεισµός Ν Σεισµός σχεδιασµού σύµφωνα µε το ΝΕΑΚ, παραγρ. 5.4 Ο Όχι σεισµός Ανώτατη στάθµη υπογείου ορίζοντα 50-ετίας Ν Προβλεπόµενη ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα 50-ετίας Ο Προβλεπόµενη ετήσια ανώτατη στάθµη υπόγειου ορίζοντα
-
1,1 1,2
Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές α) χωρίς εφελκυστική ρωγµή
β) µε εφελκυστική ρωγµή γεµάτη νερό
• • • •
W=Βάρος ολισθαίνουσας µάζας: Δύο συνιστώσες, D (οδηγεί την ολίσθηση) και Ν (κάθετα-κρατά την ολίσθηση) u= δύναµη άνωσης λόγω πίεσης πόρων νερού c + F= δυνάµεις αντίστασης έναντι της D • c: συνοχή κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης (Ac) • F: δύναµη τριβής κατά µήκος της επιφάνειας ολίσθησης: N*tanφ J: Υδροστατική πίεση σε ρωγµή εφελκυσµού (προστίθεται στην D)
Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές (περίπτωση β)
F=
c ! A + (W ! cos ! p "U "V ! sin ! p )! tan " V ! cos ! p + W ! sin ! p
Υπολογισµός συντελεστή ασφάλειας (SF), σε πρανές (περίπτωση β)
c ! A + (W ! cos ! p "U "V ! sin ! p )! tan " F= V ! cos ! p + W ! sin ! p • Α η επιφάνεια ολίσθησης • W το βάρος του τεµάχους που ολισθαίνει • U & V οι αντίστοιχες υδροστατικές δυνάµεις)
Η- Ζ Α= sinΨρ
γ w * A * Zw U= 2
V =
γ w * (Z w )2 2
W= Vτεµάχους* γ • όπου V τεµάχους ο όγκος του υπό ολίσθηση τεµάχους και γ το ειδικό βάρος του πετρώµατος. Άρα εσείς πρέπει να βρείτε τον όγκο.
Κινηµατική ανάλυση: Από την ύπαιθρο στο γραφείο
1. Αρχικά: Γεωµετρία πρανούς (του Τεχνικού έργου δηλαδή) Γεωλογική Οριζοντιογραφία Οδοποιϊας Διεύθυνση άξονα – Τεχνικά πρανή
Πρανές 1
Διεύθυνση άξονα Οδοποιϊας (κίτρινη γραµµή)
Πρανές 2
1. Αρχικά: Γεωµετρία πρανούς Γεωλογική Οριζοντιογραφία Οδοποιϊας Διεύθυνση άξονα – Τεχνικά πρανή Διεύθυνση άξονα Οδοποιϊας (κόκκινη γραµµή)
Διεύθυνση άξονα κόκκινη βούλα Τοµή κάθετα στον άξονα Πρανές 1
Πρανές 2
Η διεύθυνση κλίσης των 2 πρανών είναι κάθετη στον άξονα (στην διεύθυνση)
2. Μετρήσεις ασυνεχειών Μόνο η γεωµετρία τους µας ενδιαφέρει; ΟΧΙ Σχηµατική απεικόνιση των γεωµετρικών ιδιοτήτων των ασυνεχειών Υλικό πλήρωσης Οµάδα ασυνεχειών
Οµάδα ασ. Αντοχή τοιχώµατος
Μέγεθος µπλοκ Τραχύτητα Εµµονή
Συχνότητα
Άνοιγµα Διήθηση
Κλίση-Φορά κλίσης
3. Που καταγράφουµε τα δεδοµένα; Στα Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων – Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) • Για την κατασκευή του τεκτονικού διαγράµµατος πρέπει να πραγµατοποιηθούν µετρήσεις στην ύπαιθρο. Οι µετρήσεις γίνονται µε γεωλογική πυξίδα και καταγράφονται σε ειδικό φύλλο – έντυπο. • Ο αριθµός των µετρήσεων εξαρτάται από το τεχνικό έργο και τις προδιαγραφές του. Ο κανόνας είναι 60-100 µετρήσεις ανά τεχνικό διάγραµµα. • Οι ασυνέχειες που µετρώνται είναι • Στρώση – Σχιστότητα • Διακλάσεις • Ρήγµατα
ii. Μ ε τ ρ ή σ ε ι ς τεκτονικών στοιχείων – Τε κ τ ο ν ι κ ά Διαγράµµατα (ΤΔ)
3. Που καταγράφουµε τα δεδοµένα; Στα Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων – Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) • Για κάθε µέτρηση θα πρέπει να δίνονται: • Διεύθυνση κλίσης / µέτρο κλίσης (π.χ. 070ο/88ο) ή ανάποδα (88ο/070ο) • Ο τύπος της ασυνέχειας (στρώση-Β, Σχιστότητα-S, Διάκλαση-J, Ρήγµα-F) • Η εµµονή της ασυνέχειας (συνέχεια στο χώρο): Η εµµονή είναι πολύ σηµαντική διότι επηρεάζει τα µεγέθη των υπό ολίσθηση τεµαχών-µπλοκ. Π.χ. µικρή εµµονή µιας ασυνέχειας σχηµατίζει µικρή σφήνα ή µικρού πάχους πλάκα, και συνεπώς η δύναµη συγκράτησης και το µήκος ενός αγκυρίου («καρφιά») θα είναι µικρότερη. • Η απόσταση των ασυνεχειών της ίδιας οµάδας (π.χ. στρώσης). Όµοια, η απόσταση επηρεάζει άµεσα το µέγεθος των τεµαχών.
3. Που καταγράφουµε τα δεδοµένα; Στα Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων – Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια…) • Για κάθε µέτρηση θα πρέπει να δίνονται: • Η τραχύτητα των ασυνεχειών. Διαµορφώνει τη διατµητική αντοχή της επιφάνειας της ασυνέχειας (κυρίως της γωνίας τριβής, φο). Αυτή εκτιµάται είτε ποιοτικά είτε µέσω του συντελεστή JRC. • Η παρουσία υλικού πλήρωσης. Εδώ σηµειώνεται: α)αν υπάρχει υλικό πλήρωσης, β)πόσο είναι το πάχος του και γ) ποια είναι η σύστασή του (π.χ. αργιλικό, ασβεστιτικό). Η παρουσία υλικού πλήρωσης κατά µήκος µιας οικογένειας ασυνεχειών επιδρά στη διατµητική αντοχή της ασυνέχειας.
3. Που καταγράφουµε τα δεδοµένα; Στα Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων – Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια…) • Για κάθε µέτρηση θα πρέπει να δίνονται: • Συγκόλληση κατά µήκος των ασυνεχειών. Θα πρέπει να σηµειώνεται ενδεχόµενη συγκόλληση κατά µήκος των ασυνεχειών (π.χ. ασβεστιτικό). Ενδεχόµενη συγκόλληση αυξάνει την συνοχή c (που γενικά κατά µήκος των ασυνεχειών θεωρείται µηδενική) • Παρουσία νερού. Αν υπάρχει (υγρασία, στάγδην, ροή) νερό κατά µήκος των ασυνεχειών θα πρέπει να σηµειώνεται.
3. Που καταγράφουµε τα δεδοµένα; Στα Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) Μετρήσεις τεκτονικών στοιχείων – Τεκτονικά Διαγράµµατα (ΤΔ) (συνέχεια…) • Κατά την διαδικασία των µετρήσεων θα πρέπει να λαµβάνονται όλες οι οικογένειες ασυνεχειών και να µην προτιµώνται οι ίδιες. Το µήκος της µέτρησης µπορεί να είναι µερικών µέτρων (10-20m) αρκεί να είναι αντιπροσωπευτικό της δοµής της µετρούµενης βραχόµαζας. Βεβαίως, αν υπάρχουν ήδη διαµορφωµένα τεµάχη (π.χ. σφήνες, επίπεδες ολισθήσεις, ανατροπές) από συγκεκριµένες ασυνέχειες αυτές µετρώνται, καταγράφονται και αποτελούν οδηγό επαλήθευσης για την ανάλυση στο γραφείο.
4. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) α. Εισαγωγή των γεωµετρικών στοιχείων των ασυνεχειών (από τις µετρήσεις στην ύπαιθρο)
Κλίση
Διεύθυνση Κλίσης
4. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) β. Προβολή των πόλων των ασυνεχειών (στρώσεις, διακλάσεις, ρήγµατα)
4. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) γ. Κατανοµή πόλων και στατιστική επεξεργασία ασυνεχειών
4. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) δ. Ορισµός των οικογενειών των ασυνεχειών και των επιπέδων τους. Κύριο σύστηµα ασυνεχειών
Κλίση/Φορά βύθισης
1. J (Διάκλαση)
82/154
2. J (Διάκλαση)
66/229
3. J (Διάκλαση)
35/218
4. J (Διάκλαση)
50/111
5. J (Διάκλαση)
83/317
6. J (Διάκλαση)
44/357
4. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) ε. Προβολή της διεύθυνσης του τεχνικού έργου (π.χ. ορύγµατος) και της γωνίας τριβής των ασυνεχειών (φο) Μαύρο: Στοιχεία πρανούς Κόκκινο (κύκλος): Γωνία τριβής (φο) Πράσινο: Ασυνέχειες
4. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) στ. Εκτίµηση δυνητικών ολισθήσεων ανάλογα µε τη διεύθυνση και την κλίση του τεχνικού έργου και της διατµητικής αντοχής των ασυνεχειών (γωνία τριβής φ και συνοχή c): • Επίπεδη ολίσθηση • Σφηνοειδή ολίσθηση • Ανατροπή
4. Διαδικασία Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) η. Ανάλυση δυνάµεων (διατµητική και ορθή συνιστώσα βάρους, διατµητική δύναµη λόγω τριβής, δύναµη νερού, δύναµη αγκύρωσης, κ.α.) υπό ολίσθηση τεµάχους και υπολογισµός συντελεστή ασφαλείας F.
Στάδια Ανάλυσης Τεκτονικού Διαγράµµατος (ΤΔ) Εφελκυστική ρωγµή Παρουσία νερού στην ρωγµή
Διεύθυνση ολίσθησης
Επιφάνεια ολίσθησης
Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I.
Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης § Αυτές οι µέθοδοι εµποδίζουν τα τεµάχη της βραχόµαζας που έχουν µετακινηθεί από τη θέση τους να προκαλέσουν καταστροφές (όπως π.χ. µε πτώση τους σε αυτοκινητόδροµους, σιδηροδροµικές γραµµές κλπ) § Θεωρητικά, αυτές οι µέθοδοι έχουν µικρότερο κόστος, συνδυάζονται δε πολλές φορές µε προειδοποιητικές µεθόδους (προειδοποιούν για το ότι έχουν συµβεί ή συµβαίνουν µετακινήσεις) II. Ενεργητικά Μέτρα Αντιστήριξης § Μειώνοντας τις δυνάµεις που προκαλούν την ολίσθηση, και άλλοτε αυξάνοντας τις δυνάµεις που αντιτίθεται σ αυτήν. § Μειώνουν την πιθανότητα της µετακίνησης των διαφόρων τεµαχών της βραχόµαζας και γενικά αποτελούν την πρώτη επιλογή για τη λύση του προβλήµατος III. Μέτρα βελτίωσης ποιότητας βραχόµαζας § επιδιώκεται η ενίσχυση της ποιότητας της βραχόµαζας:
Μέτρα Αντιστήριξης Βραχωδών Πρανών
§ § § § § § § § §
Αγκύρια (Προεντεταµένα, Παθητικά, Απλές Ηλώσεις) Δοκός Αγκυρίων Εκτοξευόµενο Σκυρόδεµα (µε ή χωρίς ινοπλισµό) Ανακουφιστικές και Αποστραγγιστικές Οπές Μεταλλικά Πλέγµατα Τοίχοι Κατακράτησης (Βραχοπαγίδες – Geobrugg) Αναβαθµοί Προστασίας Καταπτώσεων Βράχων – Τάφροι Αποµάκρυνση Χαλαρών Υλικών και Επικρεµάµενων Βράχων Γεωσυνθετικά Υλικά
Έργα συγκράτησης και αντιστήριξης βραχοκαταπτώσεων και ολισθήσεων
Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I. •
• • • •
Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης Καθαίρεση των διαφόρων κοµµατιών που είναι ελεύθερα να πέσουν και να προκαλέσουν καταστροφές. Είναι η οικονοµικότερη µέθοδος. Κατασκευή τάφρων που εµποδίζουν τα κοµµάτια να προχωρήσουν και να προκαλέσουν καταστροφές. Εκσκαφή πρανών (αλλαγή κλίσης, αναβαθµοί, κ.τ.λ.) έτσι ώστε να µειωθούν οι δυνάµεις που τείνουν να προκαλέσουν αστοχία. Τοποθέτηση δικτύων που αγκυρώνονται στον βράχο και συγκρατούν τα µικρά κυρίως κοµµάτια. Κατασκευή τοίχων που λειτουργούν σαν φράγµατα και συγκρατούν τα κοµµάτια που αστοχούν από το πρανές.
Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I.
Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης
Μέτρα προστασίας έναντι καταπτώσεων βράχων (Hoek, 2000)
Παθητικά και ενεργητικά µέτρα αντιστήριξης µε τη χρήση φράκτη ανάσχεσης, δίχτυ προστασίας και βλήτρα βράχου (αγκύρια)
Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I.
Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης
Μέτρα προστασίας έναντι καταπτώσεων (Hoek, 2000)
Παθητικά µέτρα αντιστήριξης µε τη χρήση φράκτη ανάσχεσης
Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I.
Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης –
Σύγχρονα µεταλλικά δίχτυα τα δίχτυα που αποτελούνται από ενωµένα δακτυλίδια συρµατόσχοινων, έχουν εν µέρει αντικαταστήσει τα «διαγώνια» δίχτυα. Τα τελευταία χρησιµοποιούνται ελάχιστα και έχουν απορροφητική ικανότητα ενέργειας, το πολύ 2000kJ. Με το πέρασµα των χρόνων και τη συνεχή έρευνα και δοκιµές στον τοµέα των καταπτώσεων, τα συστήµατα ανάσχεσης εξελίχθηκαν.
Δίχτυα δακτυλιοειδούς µορφής
Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I.
Παθητικά Μέτρα Αντιστήριξης – Έργα αποστράγγισης • •
Επιφανειακά µε περιµετρικούς τάφρους αποστράγγισης Αποστραγγιστικοί σωλήνες
Μέτρα Προστασίας Πρανών • Xρήση γεωυφασµάτων για τον έλεγχο της επιφανειακής διάβρωσης πρανών και τη διευκόλυνση της φυτικής ανάπτυξης για την οποία η γιούτα θεωρείται το καταλληλότερο υλικό.
Μέτρα Αντιστήριξης Πρανών I.
Ενεργητικά Μέτρα Αντιστήριξης –
Αγκυρώσεις βράχου
Εφαρµογή αγκυρίων για την αντιστήριξη του πρανούς
Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων
Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων
Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων
Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων
Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων
Αντιστήριξη µε τη χρήση αγκυρίων – πλέγµατος
Αντί Συµπερασµάτων
Τροποποιηµένο (Β.Μαρίνος) από Waltham, 2002
Βιβλιογραφία Άσκησης • Barton, N. and Choubey, V., 1977. The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics, 10(1-2), pp. 1-54. • Hoek, Ε & Bray J.W. (1981). Rock Slope Engineering. • Hoek, E., 2007. Practical Rock Engineering. Notes on Internet (www.rocscience.com/hoek/hoek.asp). • Hudson A.J, and Harrison P.J, 1997. Engineering rock mechanics. • Waltham T., (2002). Foundations of Engineering Geology, Spon Press. • Δηµόπουλος Γ. (2008). Τεχνική Γεωλογία. Εκδόσεις Αφοί Κυριακίδη. • Κούκης Γ. & Σαµπατακάκης Ν. (2002). Τεχνική Γεωλογία. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. • Κούκης Γ. & Σαµπατακάκης Ν. (2007). Γεωλογία τεχνικών έργων. Εκδόσεις Παπασωτηρίου. • Μαρίνος Β. (2011). Παρουσιάσεις µαθήµατος «Γεωλογικές και Περιβαλλοντικές Μελέτες Τεχνικών Έργων».