Ορολογία

Α' ΘΕΜΕΛΙΩΔΕΙΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Σεισμικότητα

Γεωλογικό Υπόβαθρο

Ασυνέχειες - Τεκτονικά διαγράμματα

Έδαφος - Βραχομάζα

Β' ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Τεχνικά Έργα

Υπόγεια Έργα

Πρανή

Κατολισθήσεις

Σεισμικότητα

1. Τεκτονική (Tectonics). Ο κλάδος της Γεωλογίας που μελετάει την κατασκευή και την δυναμική του Γηίνου Φλοιού, συγκεκριμένα την δράση και το αποτέλεσμα των ενδογενών δυνάμεων. Σε πλανητικό επίπεδο εξετάζει την κινηματική και την δυναμική των τεκτονικών πλακών στις οποίες είναι κατακερματισμένος ο Φλοιός. Η κινηματική αυτή είναι η κύρια αιτία για την εκδήλωση παραμορφώσεων και θραύσεων· η άμεση συνιστώσα αυτών είναι οι σεισμοί, η αργή συνιστώσα είναι οι τεκτονικές δομές, οι παραμορφώσεις και οι μετατοπίσεις δηλαδή των πετρωμάτων.
2. Εστία ή Υπόκεντρο (Epicentre). Το σημείο στον φλοιό της Γης από το οποίο ξεκινάνε τα σεισμικά κύματα. Σύμφωνα με το βάθος της εστίας γίνεται η διάκριση των σεισμών σε σεισμούς επιφανείας (0-70 km), ενδιάμεσου βάθους (70-300 km) και μεγάλου βάθους (300- km). Οι πλέον καταστροφικοί σεισμοί είναι αυτοί της επιφανείας.
3. Ρήγμα (Fault). Mία διάρρηξη των πετρωμάτων του φλοιού της Γης η οποία μπορεί να εκτείνεται από τοπική έως πλανητική κλίμακα, σε τεμάχη με σχετική μετατόπιση. Αν το ρήγμα συνδέεται με την σεισμικότητα μίας περιοχής, τότε καλείται «Ενεργό Ρήγμα». Ένα ρήγμα μπορεί να διακριθεί καταρχήν σε:

Κανονικό Ρήγμα το οποίο συνδέεται συνήθως με εφελκυστικό πεδίο, προκαλεί δε επέκταση του χώρου. Ανάστροφο Ρήγμα το οποίο συνδέεται συνήθως με θλιπτικό πεδίο, προκαλεί δε απώλεια του χώρου. Ρήγμα Οριζόντιας μετατόπισης το οποίο προκαλεί διατμητική - ορζόντια μετατόπιση.

• Σεισμικά κύματα (Seismic waves). Η ενέργεια που παράγεται κατά την εκδήλωση ενός σεισμού διαδίδεται με τα σεισμικά κύματα. Μετρώντας τα χαρακτηριστικά των κυμάτων είναι δυνατή η εκτίμηση της ταυτότητας του σεισμικού γεγονότος (θέση - μέγεθος).

• Μέγεθος σεισμού (Magnitude). Είναι ένα αντικειμενικό μέγεθος για την εκλυόμενη σεισμική ενέργεια. Η πλέον γνωστή εκτίμηση μεγέθους είναι του Charles Richter, όμως πλέον εφαρμόζεται το μέγεθος σεισμικής ροπής που θεωρείται πιο αντιπροσωπευτικό. Η κλίμακα του μεγέθους είναι λογαριθμική και η αύξηση κατά μία μονάδα αντιστοιχεί σε πολλαπλασιασμό της εκλυόμενης ενέργειας επί 32.
• Ένταση σεισμού (Intensity). Ένα μέτρο της σφοδρότητας του σεισμού. Η ένταση δεν είναι αντικειμενικό μέγεθος για το σεισμικό γεγονός και εξαρτάται από τις τοπικές συνθήκες όπως απόσταση από το υπόκεντρο, εδαφικές συνθήκες κλπ. Είναι όμως αντικειμενικό για την επίδραση του σεισμού και την έκταση των καταστροφών. Μία ευρέως χρησιμοποιημένη κλίμακα έντασης είναι η Mercalli.
• Σεισμική επιτάγχυνση (Acceleration). Τόσο το μέγεθος όσο και η ένταση του σεισμού δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν άμεσα για τον σχεδιασμό των κατασκευών. Η σεισμική επιτάγχυνση α είναι το μέγεθος σχεδιασμού το οποίο μεταφράζεται μέσω των σχέσεων της δυναμικής (F=m.α) σε φορτίο επί των κατασκευών. Η σεισμική επιτάγχυνση του εδάφους δίνεται συνήθως ως ποσοστό της επιτάγχυνση της βαρύτητας g και οι τιμές σχεδιασμού βρίσκονται στην εμβέλεια 0.12 - 0.36, ωστόσο μπορεί να ενισχυθεί ανάλογα την κατηγορία του εδάφους, την απόκριση της κατασκευής κλπ.

• Ρευστοποίηση (Liquefaction). Το φαινόμενο κατά το οποίο ένα κορεσμένο (από νερό) στρώμα άμμου ή μη στερεοποιημένου λεπτόκκοκου υλικού (όπως ιλύς) χάνει απότομα την αντοχή ως αποτέλεσμα σεισμικής δόνησης.

  Αστοχία της θεμελίωσης κτιρίων από ρευστοποίηση κατά τον σεισμό του 1964 στην Niigata. Η εικόνα παρέχεται ελεύθερα από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια. Πατήστε στην εικόνα για μεγεύθυνση.

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας

Γεωλογικό Υπόβαθρο

• Πετρώματα (Rocks). Οι γεωλογικοί σχηματισμοί κοντά στην επιφάνεια της Γης που κυριαρχούν είναι τα γνωστά πετρώματα. Τα πετρώματα σχηματίζονται με γεωλογικές διεργασίες μικρής έως μέσης χρονικής κλίμακας και αποτελούνται από διάφορα ορυκτά. Οι κατασκευές εδράζονται και αλληλεπιδρούν εν γένει με τα πετρώματα ή με τα προϊόντα της αποσάθρωσης των πετρωμάτων.
• Έδαφος (Soil). Το λεπτό γεωλογικό στρώμα της επιφάνειας της γης τάξης μεγέθους βάθους: 0-50 μέτρα. Προϊόν της αποσάθρωσης και της εναπόθεσης των ιζημάτων σε λεκάνες απόθεσης (πρίν υποστεί την διαδικασία της διαγένεσης σε ιζηματογενή πετρώματα). Επιπλέον μπορεί να βρίσκεται στην περιοχή του μητρικού πετρώματος και να παρουσιάζεται ως Μανδύας αποσάθρωσης. Το έδαφος έχει μεγάλο ενδιαφέρον για τον μηχανικό διότι το μεγαλύτερο ποσοστό των αστικών κατασκευών είναι σε περιοχές απόθεσης όπως όχθες και δέλτα ποταμών.
• Ορυκτό (Mineral). Τα βασικά συστατικά των πετρωμάτων είναι τα ορυκτά. Το πλέον τυπικό ορυκτό που παρουσιάζεται στα πετρώματα είναι ο Χαλαζίας (κρυσταλικό οξείδιο του πυριτίου) καθώς το πυρίτιο είναι από τα πιο διαδεδομένα συστατικά της Γης. Συχνά τα ορυκτά παρουσιάζονται σε κοιτάσματα στο φλοιό της Γης και χρήζουν εκμετάλλευσης.
• Πυριγενή πετρώματα (Igneous rocks). Σχηματίζονται από την πήξη του Μάγματος του μανδύα της Γης. Όταν η πήξη γίνεται αργά και βαθμιαία σε κάποιος βάθος του φλοιού σχηματίζονται Πλουτώνια πετρώματα (Plutonic rocks) ή Πλουτώνιες διεισδύσεις, χαρακτηριστικό παράδειγμα ο Γρανίτης ο οποίος κυριαρχεί στον ηπειρωτικό φλοιό. Όταν πήξη γίνεται βιαία στην ατμόσφαιρα της Γης ή στην Θάλασσα σχηματίζονται Εκρηξιγενή πετρώματα (Volcanic rocks), χαρακτηριστικό παράδειγα ο Βασάλτης ο οποίος κυριαρχεί στον θαλάσσιο φλοιό. Τα πλουτώνια πετρώματα χαρακτηρίζονται από κρυσταλικότητα ενώ τα εκρηξιγενή από άμορφη μάζα.
• Ιζηματογενή πετρώματα (Sedimentary rocks). Τα προϊόντα της αποσάθρωσης των πετρωμάτων εναποθέτονται σε λεκάνες λιμνών ή θαλασσών. Με την διεργασία της διαγένεσης σχηματίζονται υπό καθεστώς χαμηλής πίεσης ή / και χημικής επίδρασης τα Ιζηματογενή πετρώματα. Τέτοια είναι τα Κροκαλοπαγή (Conglomerate) τα οποία προέρχονται από την συγκόληση αδρών τεμμαχίων πετρωμάτων. Oι Ψαμμίτες (Sandstones), Ιλυόλιθοι (Siltstones), Αργιλόλιθοι (Claystones) προέρχονται από την συγκόληση εδαφικών ιζημάτων άμμου, ιλύος και αργίλου αντίστοιχα. Οι ασβεστόλιθοι (limestones) και οι Δολομίτες (Dolomites) είναι χημικά ιζηματογενή πετρώματα πλούσια σε ασβεστιτικά ορυκτά.
• Μεταμορφωμένα πετρώματα (Metamorphic rocks). Τα πετρώματα σε καθεστώς υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας μεταμορφώνονται σε νέα πετρώματα με εντελώς διαφορετικά χαρακτηριστικά. Το χαρακτηριστικό των μεταμορφωμένων πετρωμάτων είναι η Σχιστότητα (schistosity) ο σχηματισμός δηλαδή επιπέδων αδυναμίας. Χαρακτηριστικά μεταμορφωμένα πετρώματα είναι οι Φυλίτες (Phyllites), οι Σχιστόλιθοι (Schists), οι Γνεύσιοι (Gneiss), οι Σερπεντινίτες (Serpentines) ή Οφιόλιθοι και τα Μάρμαρα (Marbles).
• Κάρστ (Karst). Το καρστ ή καρστικοποίηση αφορά τους ασβεστολιθικούς σχηματισμούς. Με την επίδραση κυρίως του διοξειδίου του άνθρακα της ατμόσφαιρας και τον σχηματισμό ανθρακικού οξέως σε συνδιασμό με το νερό, ο ασβεστόλιθος αποσαθρώνεται χημικά διεδρύοντας τις ασυνέχειες και σχηματίζοντας κενά (έγκοιλα), δολίνες. Άλλοι γνωστοί καρστικοί σχηματισμοί είναι τα σπήλαια με σταλακτίτες και σταλαγμίτες. Τα καρστικά πετρώματα είναι έντονα υδατοπερατά (σε αντίθεση με τα σχιστολιθικά που είναι αδιαπέρατα), τα δε καρστικά τοπία είναι αδρά (σε αντίθεση με τα σχιστολιθικά τα οποία είναι πολισχιδή).
• Φλύσχης (Flysch). Είναι ένας γεωλογικός σχηματισμός που αποτελείται από ακολουθίες ιζηματογενών πετρωμάτων. Τα κύρια πετρώματα της ακολουθίας του φλύσχη είναι ο ψαμμίτης, ο αργιλικό σχιστόλιθος, η μάργα καθώς και ο ιλυόλιθος, ωστόσο μπορούν να παρουσιαστούν άργιλοι, ασβεστόλιθοι κ.α. Ο φλύσχης σχηματίστηκε στην τελευταία φάση της ορογένεσης στο τέλος της περιόδου του παροξυσμού (όπου σχηματίστηκαν οι μεγάλοι ορεινοί όγκοι). Έτσι είναι έντονα τεκτονισμένος σχηματισμός που έχει υποστεί μεγάλες παραμορφώσεις, συνήθως με την μορφή πτυχώσεων ή κατακερματισμό. Η μηχανική συμπεριφορά του φλύσχη χαρακτηρίζεται από ετερογένεια και είναι σχετικά καλή συνήθως όταν κυριαρχεί η ψαμμιτική φάση και κακή όταν κυριαρχεί η ιλυολιθική. Σημαντική εμφάνιση Φλύσχη είναι στην οροσειρά της Πίνδου. Ο Αθηναϊκός Σχιστόλιθος είναι μία μορφή Φλύσχη.
• Μυλωνίτες (Mylonites). Στις ρηξιγενείς ζώνες εκατέρωθεν των παρειών ενός ρήγματος, λόγω της υψηλής πίεσης και της τριβής τα πετρώματα θραύονται σχηματίζοντας μία νέα κατηγορία πετρωμάτων: του Μυλωνίτες. Οι μηλωνίτες μπορούν να παρουσιαστούν σε αποστάσεις μέχρι και 1 km από το ρήγμα και είναι πετρώματα που παρουσιάζουν δυσμενείς μηχανικές ιδιότητες.
• Τεκτονικές μορφές. Αρχικά πρέπει να κατανοήσουμε ορισμένες από τις «Ατεκτονικές δομές»:
  • Η στρωμάτωση (Bedding), η εναλλαγή σχεδόν οριζοντίων στρώσεων ιζηματογενών πετρωμάτων.
  • Οι Ιζηματογενείς φάσεις, η εναλαγή ιζηματογενών στρώσεων λόγω αλλαγών συνθηκών στις πηγές αποσάθρωσης και τροφοδοσίας της λεκάνης απόθδης.
  • Οι Ασυμφωνίες, Επιφάνειες διάβρωσης που ξεχωρίζουν ιζηματογενείς ζώνες διαφορετικής ηλικίας.
  Οι τεκτονικές δυνάμεις (λόγω της δυναμικής των πλακών) προκαλούν την παραμόρφωση των ατεκτονικών δομών με καταβυθίσεις, πτυχώσεις, αναστροφές ιζηματογενούς σειράς, κ.α. Ορισμένες από τις τεκτονικές μορφές είναι οι:
  • Ζώνες διάτμησης (Shear zones), ζώνες όπου τα πετρώματα παραμορφώνονται σε μεγαλύτερο βαθμό παρουσιάζοντας χαρακτηριστικές διατμητικές μορφές (στροφές, ψαλιδισμό).
  • Πτυχές (Foldings), Εκτεταμένες παραμορφώσεις των πετρωμάτων σχηματίζοντας κυματοειδής επιφάνειες.
  • Διεισδύσεις / Επωθήσεις (Thusts), οι μεν Διεισδύσεις αφορούν πυρηγενή πετρώματα που εισχωρούν στον φλοιό της Γης, οι δε Επωθήσεις αφορούν πετρώματα που ωθούνται πάνω από άλλα πετρώματα λόγω του θλιπτικού πεδίου που επικρατεί στην περιοχή των Ανάστροφων Ρηγμάτων. Όταν η επώθηση έχει μικρή κλίση (<30°) ονομάζεται Εφίπευση.
  • Διακλάσεις (Joints), ρωγμές των πετρωμάτων όπου δεν παρατηρείται κίνηση (όπως συμβαίνει στα ρήγματα). Οι διακλάσεις αναπτύσσονται σε τεκτονισμένες περιοχές κοντά σε ρήγματα, όπου η κίνηση προκαλεί επέκταση, διεύρυνση των διακλάσεων και δημιουργία ομάδων διακλάσεων (Joint sets). Οι διακλάσεις είναι η πλέον σημαντική μορφή για την ερμηνεία της συμπεριφοράς της βραχομάζας.
  • Σχισμοί (Schistosity), η χαρακτηριστική μορφή των μεταμορφωμένων πετρωμάτων. Δημιουργείται λόγω των συνθηκών πίεσης κατά την δημιουργία των μεταμορφωμένων πετρωμάτων.

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας

Ασυνέχειες - ρήγματα - τεκτονικά διαγράμματα

• Επίπεδο διάκλασης (Joint plane), ένα επίπεδο στον χώρο το οποίο προσεγγίζει την γεωμετρία μίας διάκλασης (ασυνέχειας εν γένει). Μπορεί να αναφέρεται σε Μεμονωμένη Ασυνέχεια (Single Discontinuity) ή σε Ομάδα Ασυνεχειών (Discontinuities Group) που είναι παράλληλες.
• Διεύθυνση ασυνέχειας (Direction), η διεύθυνση του επιπέδου ασυνέχειας στον χώρο. Η διεύθυνση κάθε επιπέδου στον χώρο μπορεί να καθοριστεί από το κάθετο διάνυσμα και περιγράφεται από δύο γωνίες:
  • Αζιμούθιο (Azimuth), η διεύθυνση (δεξιόστροφη γωνία) ως προς τον Βορρά της μέγιστης κλίσης. Οι Γεωλόγοι συχνά αναφέρονται στην διεύθυνση της παράταξης η οποία διαφέρει κατά 90° από την διεύθυνση της μέγιστης κλίσης.
  • Κλίση ή Βύθιση (Dip), η δίεδρη γωνία του επιπέδου της ασυνέχειας ως προς το οριζόντιο επίπεδο.
• Στερεογραφική προβολή (Stereographic projection), η μεθοδολογία που χρησιμοποιείται κατά κόρον για την απεικόνιση της διεύθυνσης των επιπέδων των διακλάσεων σε ένα διδιάστατο διάγραμμα. Η στερεογραφική προβολή που χρησιμοποιείται περισσότερο είναι η Ισεμβαδική (Equal Area) η οποία διατηρεί τα εμβαδά.
• Αποστάσεις Διακλάσεων (Joint Spacing). Η απόσταση μεταξύ των παράλληλων επιπέδων των διακλάσεων.
• Αντοχή των παρειών της διάκλασης (Joint Compressive Strength - JCS), η αντοχή σε θλίψη του πετρώματος που βρίσκεται στην παρειά της διάκλασης. Λαμβάνεται συνήθως ίση με την αντοχή του άρρηκτου πετρώματος.
• Τραχύτητα της διάκλασης (Joint Roughness Coefficient - JRC). Ένας σχετικός δείκτης για την τραχύτητα των παρειών της διάκλασης. Εξαρτάται έντονα από την εξεταζόμενη κλίμακα αναφοράς. Έχει άμεση σχέση με την αντίσταση (αντοχή) σε ολίσθηση.

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας

Έδαφος - Βραχομάζα

• Διερεύνηση του υπεδάφους (Ground investigation). Το σύνολο των μεθοδολογιών που χρησιμοποιούνται για την εύρεση των φυσικών και μηχανικών ιδιοτήτων του υπεδάφους είτε αυτό αφορά το εδαφικό κάλυμα είτε τα πετρώματα. Μπορεί να περιοριστεί στην έρευνα πεδίο ή και στην εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών για τον προσδιορισμό των φυσικών παραμέτρων καθώς και των παραμέτρων αντοχής. Μερικές από τις μεθοδολογίες που χρησιμοποιούνται είναι:
  • Γεωλογική χαρτογράφηση (Geological mapping). Γίνεται από γεωλόγους στο πεδίο. Μας δίνει την αλληλουχία των γεωλογικών στρωμάτων και πληροφορίες για το πάχος τους και την διεύθυνσή τους. Είναι η πλέον βασική μορφή διερεύνησης κατά την μελέτη έργων όπως σήραγγες όπου το υπέδαφος μπορεί να βρίσκεται εκατοντάδες μέτρα από την επιφάνεια.
  • Επιτόπου εξέταση (Site investigation), η οποία μπορεί να γίνει από έμπειρο μηχανικό ή γεωλόγο μετά από αφαίρεση του επιφανειακού φυτικού καλύματος από το έδαφος ή σε πρανή ορυγμάτων ή στα τοιχώματα της υπό εκσκαφή σήραγγας κλπ. Μπορεί να συνδυαστεί με διατάξεις επιτόπου δοκιμών όπως δοκιμή σημειακής φόρτισης (point load) ή λήψη δειγμάτων για το εργαστήριο.
  • Διερευνητικές γεωτρήσεις (Boreholes). Η μεθοδολογία η οποία μπορεί να μας δώσει πληροφορίες και για τις απρόσιτες περιοχές του υπεδάφους. Τα δείγματα λαμβάνονται από ειδικούς δειγματολείπτες οι οποίοι μπορούν να εξάγουν αδιατάραχα δείγματα εδάφους. Υπάρχει μεγάλη γκάμα γεωτρύπανων και δειγματολειπτών τόσο για εδαφικά υλικά όσο και για πετρώματα. Στον χώρο της γεώτρησης υπάρχει γεωλόγος ο οποίος «χαρτογραφεί» επιτόπου την γεώτρηση και καθοδηγόντας τον γεωτρυπανιστή για την λήψη δειγμάτων και αλλαγή του εξοπλισμού. Τα δείγματα σφραγίζονται και πάνε στο εργαστήριο για δοκιμές. Είναι δυνατή ακόμα η εκτέλεση επιτόπου δοκιμών αντοχής, ειδικά σε χονδρόκοκκα (αμμώδη) εδάφη.
  • Γεωφυσικές διασκοπίσεις (Geophysical methods). Μία δέσμη μεθόδων για την εκτίμιση των ιδιοτήτων του υπεδάφους χωρίς της φυσική επαφή με αυτό. Τέτοιες είναι οι ηλεκτρικές, μαγνητικές, βαρυτικές και μικροσεισμικές μεθόδοι.
• Ιδιότητες εδάφους (Soil properties). Το έδαφος είναι κοκκώδες υλικό - τριφασικό υλικό (στερεή φάση - νερό & αέρας) και οι κύριες φυσικές του ιδιότητες σχετίζονται με το μέγεθος των κόκκων, τα κενά μεταξύ των κόκκων καθώς και τον βαθμό κορεσμού σε νερό. Οι βασικότερες ιδιότητες είναι:
  • Ο Λόγος κενών (Void ratio), δηλαδή ο λόγος του όγκου των κενών προς τον όγκο των στερεών.
  • Το Πορώδες (Porosity), είναι ο λόγος του όγκου των κενών προς τον συνολικό όγκο.
  • Βαθμός κορεσμού (Degree of saturation), ο λόγος του όγκου του περιεχόμενου νερού προς τον όγκο των κενών.
  • Περιεχόμενη υγρασία (Water content), ο λόγος του βάρους του περιεχόμενου νερού προς το βάρος των στερεών.
• Κοκκομετρία εδάφους (Particle size analysis). Η κοκκομετρία του εδάφους αναφέρεται στην κατανομή του μεγέθους των κόκκων σε κάποιο εδαφικό δείγμα. Η πλήρη κοκκομετρική ανάλυση γίνεται με την χάραξη της Κοκκομετρικής καμπύλης (Grain size graph). Είναι η σημαντικότερη φυσική ιδιότητα και είναι αυτή που ταξινομεί τα εδάφη σύμφωνα με το χαρακτηριστικό μέγεθος των κόκκων του δείγματος:
  • Χαλίκια (Gravels), εάν το μέγεθος D είναι μεταξύ 2mm<D<76.2mm
  • Άμμοι (Sand), εάν 76μm<D<2mm
  • Ιλύς (Silt), εάν 2μm<D<76μm
  • Άργιλοι (Clay), εάν D<2μm
• Όρια Atterberg (Atterberg limits). Οι φυσικοί δείκτες για τα λεπτόκοκκοκα εδάφη (ιλυώδη - αργιλώδη) που αναφέρονται στην συμπεριφορά του εδάφους ανάλογα με την περιεχόμενη υγρασία (μετάβαση από την ισχνή -> πλαστική -> υδαρή κατάσταση). Τα όρια Atterber είναι οι βασικοί δείκτες που χρησιμοποιούντα για την ταξινόμηση των λεπτόκκοκων εδαφών.
• Ταξινόμηση εδαφών (Soil classification). Η διαδικασία που ακολουθείται για την κατηγοριοποίηση του εδάφους σύμφωνα με τα φυσικά του χαρακτηριστικά. Η πλέον αδρομερή ταξινόμηση είναι σε μία κατηγορία από Χαλίκια, Άμμος, Ιλύς και Άργιλος. Χρησιμοποιώντας επιπλέον στοιχεία εργαστηριακών δοκιμών, συγκεκριμένα, τα χαρακτηριστικά της κοκκομετρικής καμπύλης και των ορίων Atterberg είναι δυνατή η ταξινόμηση σε ειδικές κατηγορίες. Η ταξινόμηση του εδάφους είναι απαραίτητη για την ταυτοποίηση του εδάφους η οποία μπορεί να δώσει μία εικόνα για την μηχανική συμπεριφορά του.
• Αντοχή του εδάφους (Soil strength). Η (διατμητική) αντοχή του εδάφους αναφέρεται στην ικανότητα του εδάφους να φέρει φορτία χωρίς να αστοχεί. Η αστοχία του εδάφους είναι συνήθως διατμητική, παρουσιάζοντας επίπεδο ολίσθησης. Το μοντέλο διατμητικής αντοχής που χρησιμοποιείται ευρέως είναι των Mohr - Coulomb με την χρήση δύο παραμέτρων: φ (γωνία τριβής) και c (συνοχή) και εκφράζεται ως:
    τ = c + σ*tan(φ)
  Όπου τ είναι η διατμητική τάση που προκαλεί αστοχία για συγκεκριμένη ορθή τάση σ. Τα τ, σ και c έχουν μονάδες τάσεις (συνήθως kPa για το έδαφος ή MPa για ανθεκτικά εδάφη ή βράχια (c) - υψηλές επιτόπου τάσεις (τ, σ)). Ο προσδιορισμός της αντοχής γίνεται εργαστηριακά, ωστόσο για χονδρόκκοκα εδάφη όπως οι άμμοι καλύτερα αποτελέσματα δίνει η επιτόπου δοκιμή (SPT).
  Εφόσον το έδαφος είναι πολυφασικό υλικό, σημαντικό ρόλο στην συμπεριφορά του παίζει η πίεση του νερού των εδαφικών πόρων καθώς ασκεί πίεση προς όλες τις διευθύνσεις και μειώνει την αντίσταση του εδάφους μέσου του μηχανισμού της εσωτερικής τριβής. Αν u είναι η υδατική πίεση των πόρων, τότε η ενεργός ορθή τάση είναι σ'=σ-u η δε διατμητική είναι τ'=τ (τα ρευστά δεν μεταφέρουν διάτμηση). Στην συνέχεια ο νόμος των Mohr - Coulomb μπορεί να διατυπωθεί με χρήση των ενεργών τάσεων:
    τ' = c' + σ'*tan(φ')
• Βραχομάζα (Rockmass). Με τον όρο βραχομάζα αναφερόμαστε στο σύνθετο υλικό που αποτελείται από τα πετρώματα με την δομή - ατέλειές τους. Το κύριο πέτρωμα λέγεται Άρρηκτο πέτρωμα (Intact rock), ορισμένες φορές αναφέρεται και ως Μητρικό πέτρωμα. Οι ατέλειες (ή ασυνέχειες όπως θα αναφερόμαστε) διακρίνονται κυρίως σε διακλάσεις οι οποίες παρουσιάζονται συνήθως σε ομάδες και σε εναλλαγές της ιζηματογένεσης (χαρακτηριστικό παράδειγμα ο Φλύσχης). Η βραχομάζα ως υλικό έχει τις εξής ιδιοτερότητες:
  • Η συνολική συμπεριφορά της βροχομάζας εξαρτάται τόσο από τις ιδιότητες του άρρηκτου πετρώματος αλλά περισσότερο από την δομή, δηλαδή το πλήθος των ομάδων των ασυνεχειών και των ιδιοτήτων τους (όπως η τραχύτητά τους).
  • Η συμπεριφορά εξαρτάται έντονα από την κλίμακα αναφοράς καθώς μεταβάλλεται το πλήθος των ασυνεχειών που περιέχονται στη βραχομάζας που ενεργοποιείται κατά την κατασκευή και την λειτουργία ενός έργου ανάλογα με το μέγεθος του.
• Κανονικά Διακλασμένη Βραχομάζα (Regularly Jointed Rockmass). Όταν ο αριθμός των συστημάτων (ομάδων) διακλάσεων είναι μέχρι τέσσερα, δημιουργούνται γεωμετρικές - πρισματικές δομές του πετρώματος. Το υλικό αυτό παρουσιάζει Ανισοτροπική (Anisotropic) συμπεριφορά εξαρτώμενη από την διεύθυνση φόρτισης.
• Έντονα Διακλασμένη Βραχομάζα (Heavily Jointed Rockmass). Όταν ο αριθμός των συστημάτων διακλάσεων είναι άνω του τέσσερα είναι δύσκολο να διακριθούν γεωμετρικές δομές και προτιμήσεις διευθύσεων και η βραχομάζα ουσιαστικά συμπεριφέρεται Ισοτροπικά (Isotropic).
• RQD (Rock Quality Designation). Ο δείκτης RQD καθιερώθηκε το 1964 από τον Deere και βασίζεται στην μέτρηση του μήκους των τεμαχίων διερευνητικής γεώτρησης που είναι άνω των 10 cm. Ο δείκτης τελικά υπολογίζεται ως το πηλίκο του αθροίσματος των μηκών αυτών των τεμαχίων προς το συνολικό μήκος της πυρηνοληψίας της γεώτρησης (του συγκεκριμένου πετρώματος) σαν ποσοστό %. Ο δείκτης RQD από μόνος του μπορεί να ταξινομήσει την βραχομάζα σε 5 κατηγορίες από «Εξαιρετική» έως «Πολύ φτωχή».
• Ταξινόμηση βραχομάζας (Rockmass classification). Η ταξινόμηση (ή κλασικοποίηση ή κατάταξη) της βραχομάζας αναφέρεται στην μεθοδολογία για τον χαρακτηρισμό της βραχομάζας σύμφωνα με τις ιδιότητες των περιεχόμενων πετρωμάτων και τα δομικά της χαρακτηριστικά (ιδιότητες των ασυνεχειών). Η ταξινόμηση της βραχομάζας τυποποιεί το υλικό σε κάποια κατηγορία, δίνει μία εκτίμηση για την μηχανική συμπεριφορά ποσοτικοποιώντας τις παραμέτρους αντοχής και παραμορφωσιμότητας, βοηθάει την επικοινωνία μεταξύ Γεωλόγου και Μηχανικού. Συγκεκριμένα ως προς το θέμα των παραμέτρων μηχανικής συμπεριφοράς, πολλές φορές η ταξινόμηση είναι η μόνη μεθοδολογία που μπορεί να τις παράσχει. Η ταξινόμηση βασίζεται στις φυσικές παρατηρήσεις στα πετρώματα και στις ασυνέχειές τους (αντοχή άρρηκτου πετρώματος, αποστάσεις μεταξύ ασυνεχειών, κατακερματισμός, τραχύτητα, συνθήκες υπογείων νερών, κ.α.). Τα συστήματα ταξινόμησης που έχουν τύχει ευρείας αποδοχής είναι τα:
  • Σύστημα RMR του Biewniawski (Rock Mass Rating). Εγκαθιδρύθηκε από τον Biewniaskwi το 1973 και έχει δεχθεί διάφορες τροποιποιήσεις (1979,... ). Το σύστημα RMR βασίζεται στην συνεκτίμηση πέντε παραγόντων: Της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος, του βαθμού κατακερματισμού RQD, τις αποστάσεις μεταξύ των ασυνεχειών, την κατάσταση των διακλάσεων και την κατάσταση των υπογείων νερών. Ο δείκτης παίρνει αριθμητικές τιμές μεταξύ 0 και 100 και χαρακτηρίζει την βραχομάζα σε μία από πέντε κατηγορίες I - V ( Πολύ καλή - Πολύ πτωχή). Το σύστημα RMR μπορεί να μας παράσχει τα απαραίτητα μέτρα υποστήριξης για σήραγγα, εκτίμηση του μέτρου ελαστικότητας, των παραμέτρων αντοχής κ.α. Αν και η χρήση του είναι ευρέως αποδεκτή, έχει λάβει σοβαρή κριτική από τους υποστηριχτές της μεθόδου GSI.
  • Σύστημα Q του Barton - NGI. Το σύστημα αυτό ταξινόμησης προτάθηκε από τοn Barton το 1974 και έχει δεχθεί διάφορες τροποποιήσεις (πλέον πρόσφατη: Barton, Grimastad 1993). Η μεθοδολογία αυτή ταξινόμησης συνδέεται άμεσα με την λεγόμενη «Νορβηγική Μέθοδο» για την κατασκευή σηράγγων. Όπως και η RMR βασίζεται στην συνεκτίμηση διάφορων δεικτών και η βαθμολογία Q λαμβάνει τιμές που κυμαίνονται μεταξύ 0 και 400 ή και μεγαλύτερες για βραχομάζα εξαιρετικά καλής ποιότητας. Το σύστημα Q δίνει καλά αποτελέσματα για κρυσταλικά πετρώματα.
  • Σύστημα GSI των Hoek-Brown, 1997 - Hoek-Marinos, 2000 (Geological Strength Index). Το σύστημα GSI βασίζεται στην συνεκτίμηση δύο παραγόντων: Του βαθμού κατακερματισμού - τεκτονισμού της βραχομάζας και της κατάστασης των ασυνεχειών. Η διαδικασία της ταξινόμησης με το GSI είναι απλή, βασίζεται σε έναν απλό εικονογραφημένο πίνακα και έχει επιπλέον το πλεονέκτημα πως είναι «φιλική μέθοδος» για τον Γεωλόγο που θα ασχοληθεί με την γεωλογική χαρτογράφηση και την ταξινόμηση. Ο δείκτης GSI λαμβάνει τιμές μεταξύ 0 και 100, μάλιστα μπορεί να χρησιμοποιείται στην θέση του RMR για RMR>25. Ο δείκτης GSI μπορεί να μας παράσχει τις παρμέτρους αντοχής m, s, a για το κριτήριο αστοχίας Hoek-Brown συνεκτιμά επιπλέον τους παράγοντες της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος (μέσω της αντοχής σε μονοαξονική θλίψη και της παραμέτρου mι του περώματος) καθώς και του καθεστώτος των επιτόπου τάσεων για την εξαγωγή παραμέτρων αντοχής τύπου Mohr-Coulomb, των παραμέτρων υποστήριξης, του μέτρου ελαστικότητας κ.α. Ο δείκτης GSI φαίνεται να ταιριάζει πολύ καλά στα πετρώματα που συναντάμε στην Ελλάδα. Οι Hoek και Μαρίνος μάλιστα έχουν προτείνει μεθοδολογία για την εκτίμηση του GSI σε σχηματισμού Φλύσχη ο οποίος είναι πολύ συνηθισμένος σχηματισμός στην Ελλάδα.
• Αντοχή της βραχομάζας (Rockmass strength). Τα μοντέλα συμπεριφοράς για την αστοχία της βραχομάζας είναι αρκετά σύνθετα λόγω της φύσης του υλικού. Επιγραμματικά μπορούμε να διαχωρήσουμε τις παρακάτω δύο περιπτώσεις:
  • Για κανονικά διακλασμένη βραχομάζα όπου η συμπεριφορά είναι ανισοτροπική, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται μοντέλα που λαμβάνουν υπόψη τις μεμονωμένες ομάδες ασυνεχειών και των διεύθυνσεών του στον χώρο. Τέτοια μοντέλα είναι των Jaeger - Cook (1960) και Amadei (1986, 1988) και βασίζονται στις συνθήκες ολίσθησης στις διακλάσεις. Επιπλέον είναι δυνατή η ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη τους δυνατούς μηχανισμούς αστοχίας που δημιουργούνται. Τέτοιες είναι για παράδειγμα οι σφήνες που δημιουργούνται από την συμβολή 2-3 ομάδων ασυνεχειών και των τοιχωμάτων σήραγγας ή των πρανών ορύγματος. Για την εκτίμηση αυτού του κινδύνου χρησιμοποιείται κατά κύριο λόγο η απεικόνιση των διακλάσεων και των επιφανειών των έργων σε στερεογραφική προβολή. Κατόπιν χαράσσεται ο κύκλος τριβής και εξετάζεται αν οι δημιουργούμενες σφήνες μπορούν να αστοχήσουν με την συμβολή της βαρύτητας.
  • Για την έντονα διακλασμένη βραχομάζα όπου η συμπεριφορά είναι ουσιαστικά ισοτροπική χρησιμοποιείται κάποιο κριτήριο αστοχίας και συνηθισμένες μεθοδολογίες της μηχανικής για την ανάλυση. Τα πλέον ευρέως διαδεδομένα κριτήρια αστοχίας που χρησιμοποιούνται για την αντοχή της ισοτροπικής βραχομάζας είναι των Mohr-Coulomb και των Hoek-Brown (1980, 1997). Το κριτήριο Mohr-Coulomb χρησιμοποιείται και για την εκτίμηση της αντοχής του εδάφους, για την περίπτωση της βραχομάζας πρέπει να χρησιμοποιείται για συγκεκριμένο επίπεδο επιτόπου τάσεων (λόγω παραβολικής καμπύλης αντοχής της βραχομάζας σε αντίθεση με την γραμμική που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το έδαφος). Το κριτήριο των Hoek-Brown χρησιμοποεί τρεις παραμέτρους αντοχής: m, s, a οι οποίες μπορούν να εκτιμηθούν από τον δείκτη GSI. Στην συνέχεια με χρήση του κριτηρίου Hoek-Brown και των παραμέτρων του, τις επιτόπου τάσεις και την αντοχή του άρρηκτου πετρώματος, είναι δυνατή η εκτίμηση παραμέτρων φ και c του κριτηρίου Mohr-Coulomb. Αυτό είναι χρήσιμο όταν θέλουμε να εφαρμόσουμε μεθόδους ανάλυσης που βασίζονται σε αυτές τις παραμέτρους.

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας

Τεχνικά Έργα (Εισαγωγικές έννοιες Θεμελιώσεων - Αντιστηρίξεων)

• Θεμελίωση (Foundation). Η κατασκευή που αναλαμβάνει να μεταφέρει με ασφάλεια τα φορτία της ανωδομής στο έδαφος. Η ασφάλεια περιλαμβάνει:
  • Την αποτροπή θραύσης του εδάφους με εκδήλωση ανεξέλεγκτων παραμορφώσεων και κατάρευση της κατασκευής.
  • Τον έλεγχο των παραμορφώσεων ώστε να μην υπερβούν κάποια επίπεδα που θα μπορούσαν να προκαλέσουν ζημιές στην ανωδομή.
  Είναι δυνατός ο διαχωρισμός σε δύο κύριες οικογένειες θεμελιώσεων:
  • Ρηχές Θεμελιώσεις (Shallow foundations), οι πλέον συνηθισμένες σε συνήθη οικοδομικά έργα. Οι ρηχές Θεμελιώσεις έχουν βάθος θεμελίωσης τάξη μεγέθους μικρότερη από την διάσταση της ανωδομής (επιπλέον το πλάτος θεμελίωσης είναι μεγαλύτερο του βάθους). Διάφορα συστήματα ρηχών θεμελιώσεων είναι τα Μεμωνομένα θεμέλια ή Πέδιλα (Spread footings), Συστοιχίες πεδίλων (Strip foundation), Θεμελιοδοκοί (Beam foundation) και Θεμελιόπλακες (Mat foundation). Κάθε σύστημα εφαρμόζεται ανάλογα με τις απαιτήσεις της ανωδομής και των χαρακτηριστικών του εδάφους.
  • Βαθιές Θεμελιώσεις (Deep foundations) οι οποίες φθάνουν σε βάθος που είναι συγκρίσιμο με την διάσταση της ανωδομής (το βάθος θεμελίωσης είναι τουλάχιστον 4 φορές του πλάτους). Η υλοποίηση γίνεται συνήθως με την χρήση Πασσάλων (Piles). Οι πάσσαλοι λειτουργούν είτε μεμωνομένα (Single piles) είτε σαν ομάδα (Pile groups) σε Συστοιχίες Πασσάλων ή σε Γενική Κοιτόστρωση.
  Η λειτουργία των Ρηχών Θεμελιώσεων βασίζεται στην Φέρουσα Ικανότητα (Bearing Capacity). Η λειτουργία των Πασσάλων βασίζεται τόσο στην αντοχή της αιχμής του πασσάλου (φέρουσα ικανότητα) όσο και στην αντίσταση σε τριβή του στελέχους του πασσάλου. Ο πάσσαλος όμως δίνει και την δυνατότητα μεταφοράς των φορτίων σε υγιές και ανθεκτικό στρώμα εδάφους ή βράχου όταν το επιφανειακό έδαφος δεν έχει καλές ιδιότητες.
• Αντιστηρίξεις (Retaining structures). Η χρήση των αντιστηρίξεων αποσκοπεί στην εξοικονόμηση χώρου, των περιορισμό δηλαδή των εδαφικών πρανών αυξάνοντας τις κλίσεις έως και την κατακορυφότητα. Τα έργα αντιστήριξης πρέπει να αντιστέκονται στις ωθήσεις του εδάφους αποτρέποντας μετακινήσεις που θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ζημιές σε τμήματα του συνολικού έργου ή και σε γενικευμένη αστοχία. Η κατασκευή ανιστήριξης μπορεί να λειτουργεί με έναν ή περισσότερους από τους παρακάτω τρόπους:

α. Το ίδιο βάρος της κατασκευής
β. Η τριβή της κατασκευής με το έδαφος έδρασης
γ. Η παθητική αντίσταση του εδάφους
δ. Η ακαμψία της κατασκευής
ε. Ενίσχυση της αντοχής του εδάφους (οπλισμένη γη)
στ . Συστήματα αγκύρωσης ή καρφώματος

Επιπλέον, η κατασκευή αντιστήριξης εφόσον εδράζεται στο έδαφος πρέπει η φόρτιση που προκαλεί στην έδραση να μην υπερβαίνει την φέρουσα ικανότητα του εδάφους, όπως ισχύει και για τις θεμελιώσεις.

Οι πλέον συνηθισμένες κατασκευές αντιστήριξης είναι οι:

• Τοίχοι βαρύτητας (Gravity wall), κατασκευασμένοι συνήθως από άοπλο σκυρόδεμα
• Τοίχοι πρόβολοι (Cantilever wall), κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα
• Πασσαλοσυστοιχίες (πασσαλοσανίδες - Sheet-piles), σε συνδυασμό με χρήση αγκυρίων
• Κατασκευή οπλισμένης γης με χρήση γεωυφασμάτων ή άλλων μέσων ενίσχυσης.

Οι πιο συνηθισμένες εφαρμογές των κατασκευών αντιστήριξης είναι:

• Οδοποιία - σιδηροδρομική - υδραυλικά έργα: δημιουργία κατακόρυφων επιφανειών στα πρανή των ορυγμάτων και των επιχωμάτων.
• Επίτευξη ασφαλούς - στεγανής βαθιάς εκσκαφής για την κατασκευή υπογείων χώρων κτιρίων, σταθμών μετρό, cut&cover.
• Ακροβάθρα γεφυρών άνω διάβασης τα οποία χρησιμοποιούνται τόσο για την αντιστήριξη των εδαφών όσο και για την έδραση της γέφυρας.
• Φράγματα (Dams). Τα φράγματα
είναι κατασκευές που χρησιμοποιούνται για την φραγή της διόδου του νερού ενός φυσικού αγωγού. Η λειτουργία ενός φράγματος έχει πολλά κοινά σημεία με τις κατασκευές αντιστήριξης. Τα γεωτεχνικά προβλήματα των φραγμάτων αφορούν την επίτευξη ασφαλούς θεμελίωσης, της εκτίμησης της υπόγειας ροής του νερού κάτω από το φράγμα. Επιπλέον, στην περίπτωση των γαιωδών φραγμάτων πρέπει να εξεταστεί η ευστάθεια των πρανών του φράγματος. Τέλος, εξετάζεται η πιθανότητα αστοχίας πρανών της λεκάνης κατάκλυσης λόγω της αλλαγής του καθεστώτος των υπογείων υδάτων.

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας

Υπόγεια Έργα

• Σήραγγες (Tunnels). Οι σήραγγες είναι υπόγεια έργα με μεγάλη διαμήκης διάσταση συγκριτικά με την διατομή τους. Οι σήραγγες εφαρμόζονται κυρίως σε συγκοινωνιακά έργα (ως οδικές ή σιδηροδρομικές σήραγγες) καθώς και ως τμήματα υδραγωγείου σε υδραυλικά έργα. Ως έργα είναι ιδιαίτερα απαιτητικά τόσο στην φάση του σχεδιασμού τους, της κατασκευής τους και της λειτουργίας - συντήρησής τους, επιπλέον έχουν το μεγαλύτερο κόστος ανά μήκος συγκρινόμενα με άλλα συγκοινωνιακά ή υδραυλικά έργα. Ωστόσο δίνουν λύση όταν ο χώρος είναι περιορισμένος ή όταν οι γεωμορφολογικές συνθήκες είναι δύσκολες.
• Διάνοιξη (Tunnel drill - drive). Η διάνοιξη της σήραγγας είναι το κρισημότερο στάδιο στην κατασκευή της. Ανάλογα με την μεθοδολογία κατασκευής μπορεί να γίνεται ανεξάρτητα ή ταυτόχρονα με την τελική επένδυση της σήραγγας. Κατά την διάνοιξη προκαλείται αποτόνωση των τάσεων στον περιβάλλοντα βράχο με αποτέλεσμα την εκδήλωση παραμορφώσεων. Σε κάθε περίπτωση οι παραμορφώσεις πρέπει να είναι ελεγχόμενες ώστε να διατηρείται η επιθυμητή διατομή και να αποτρέπεται η αστοχία μέχρι και την πλήρη κατάρευση (μέσω σύνθλιψης των τοιχωμάτων ή αστοχίας του μετώπου). Οι τεχνικές διάνοιξης μπορούν να χωριστούν καταρχήν σε Συμβατικές και σε πλήρως Μηχανοποιημένες μεθόδους. Κατά την διάνοιξη και ανάλογα με την μεθοδολογία εκσκαφής είτε τοποθετείται άμεσα η τελική επένδυση είτε κάποια προσωρινά μέτρα υποστήριξης τα οποία διατηρούν την διατομή μέχρι την τελική επένδυση.
• Διατομή σήραγγας (Tunnel cross-section). Οι συνήθεις σήραγγες έχουν κάποια σταθερή γεωμετρία διατομής κατά μήκος. Η διατομή χαρακτηρίζεται από την γεωμετρία καθώς και από το μέγεθος (π.χ. διάμετρος ή επιφάνεια διατομής). Οι συνηθισμένες γεωμετρίες που χρησιμοποιούνται είναι οι κυκλικές, οι ελλειπτικές, σκουφοειδείς, πεταλοειδείς κ.α.
• Μέτωπο εκσκαφής (Excavation face). Η επιφάνεια πάνω στην οποία γίνεται η εκσκαφή της σήραγγας. Με την εκάστοτε μεθοδολογία γίνεται θραύση των πετρωμάτων του μετώπου και κατόπιν απομάκρυνση των προϊόντων εκσκαφής. Ένα τμήμα του βράχου μεταξύ μετώπου και μέτρων υποστήριξης που έχουν τοποθετηθεί μένει ανεπένδυτο. Το μήκος αυτό πρέπει να περιορίζεται ανάλογα και με τις γεωμηχανικές συνθήκες. Επιπλέον, το μέτωπο πρέπει να είναι ευσταθές καθώς η αστοχία του είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο φαινόμενο. Σε περίπτωση ασθενών υλικών σε συνθήκες σύνθλιψης πρέπει να περιορίζεται το μέτωπο εκσκαφής εφαρμόζοντας διαδοχική εκσκαφή ή μέθοδοι υποστήριξης του μετώπου όπως οι δοκοί προπορίας (fore-polling).
• Υποστήριξη (Tunnel support). Η υποστήριξη της σήραγγας αναφέρεται στην λήψη κατάλληλων μέτρων ώστε να εκτελείται ασφαλής κατασκευή περιορίζοντας τις παραμορφώσεις των τοιχωμάτων. Το ποσοτικό μέτρο για τον σχεδιασμό της υποστήριξης είναι το φορτίο υποστήριξης (supporting load) το οποίο θεωρητικά ασκείται από τα μέτρα υποστήριξης προς τον περιβάλλοντα βράχο. Μία σήραγγα μπορεί να είναι ανεπένδυτη ή ανυποστήρικτη (unsupported) όταν οι γεωμηχανικές συνθήκες το επιτρέπουν· σε αυτήν την περίπτωση το φορτίο υποστήριξης είναι 0.
• Μέτρα υποστήριξης (Support measures). Τα μέτρα υποστήριξης αφορούν κατασκευές οι οποίες αναλαμβάνουν να αναλάβουν το φορτίο υποστήριξης. Ανάλογα με την μεθοδολογία κατασκευής τοποθετούνται ως τελική επένδυση ή ως προσωρινά μέτρα υποστήριξης. Τα πλέον διαδεδομένα μέτρα υποστήριξης είναι τα παρακάτω:
  • Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα (Shotcrete) ή Ganite.
  • Αγκύρια (Anchors) και καρφιά (nails).
  • Πλαίσια (Frames) Χαλύβδινα ή ξύλινα.
  • Δικτυώματα (Lattice girders).
  • Δομικά πλέγματα (Sturctural grids).
  • Προκατασκευασμένα στοιχεία (π.χ. σε κατασκευή με TBM).
• Τελική Επένδυση (Lining). Η τελική επένδυση είναι το τελευταίο στάδιο κατασκευής της σήραγγας δημιουργώντας μία σταθερή, ανθεκτική και ασφαλής διατομή εξασφαλίζοντας μεταξύ άλλων μία μακρυχρόνια περίοδο λειτουργικότητας. Η τελική επένδυση κατασκευάζεται συνήθως από οπλισμένο σκυρόδεμα και τοποθετείται πάνω στην προσωρινή επένδυνση. Οι μέθοδοι κατασκευής με TBM μπορούν να προβλέπουν άμεση τοποθέτηση της τελικής επένδυσης μετά την εκσκαφή (π.χ με προκατασκευασμένα στοιχεία).
• Γεωλογία Σηράγγων (Tunnel geology). Κατά τον σχεδιασμό ενός υπόγειου έργου γίνεται μία εκτεταμένη γεωλογική έρευνα για τον εντοπισμό των ομοιογενών περιοχών παρόμοιων ιδιοτήτων καθώς και των περιοχών που πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή (π.χ. ρηξιγενείς ζώνες με μυλωνίτες κλπ). Εντοπίζονται τα γεωλογικά στρώματα που διασχίζει η σήραγγα, οι ιζηματογενείς ασυμφωνίες, οι τεκτονικές μορφές, ρήγματα κλπ. Κατά την κατασκευή γίνεται συνεχής καταγραφή των σχηματισμών που αποκαλύπτονται στο μέτωπο καθώς και η οριστική ταξινόμηση της βραχομάζας.
• Σχεδιασμός Υπογείων Έργων (Tunnel design). Ο σχεδιασμός συνεκτιμά τα επιθυμητά γεωμετρικά χαρακτηριστικά της σήραγγας και τις γεωμηχανικές συνθήκες για να προτείνει μεθοδολογία κατασκευής και στην συνέχεια να εκτιμήσει τα απαιτούμενα μέτρα υποστήριξης. Οι κύριες παράμετροι που υπεισέρχονται στον σχεδιασμό είναι:
  • Επιτόπου τάσεις (in-situ stress). Οι επιτόπου τάσεις έχουν σημαντική επιρροή στην επιλογή των μέτρων υποστήριξης καθώς οι τάσεις είναι το βασικό αίτιο για την εκδήλωση των παραμορφώσεων. Διαχωρίζονται σε γεωστατικές (αίτιο: το ίδιο-βάρος των πετρωμάτων) και σε τεκτονικές (αίτιο: η τεκτονική των πλακών). Επιπλέον, διαχωρίζονται σε κατακόρυφες και οριζόντιες. Το αίτιο των κατακόρυφων επιτόπου τάσεων είναι συνήθως αποκλειστικά η γεωστατική φόρτιση και μπορούν να λαμβάνονται ως σ_v=γ×z όπου z το βάθος την εξεταζόμενης διατομής της σήραγγας και γ το ειδικό βάρος των πετρωμάτων (μπορεί να λαμβάνεται 27 kN/m³). Οι οριζόντιες επιτόπου τάσεις ορίζονται μέσω του λόγου οριζοντίων προς κατακορύφων τάσεων k: σ_h=k×σ_v. Ο λόγος k μπορεί να εξαχθεί από την σχέση ελαστικότητας k=ν/(1-ν) ν: ο λόγος Poisson όταν το τεκτονικό καθεστώς το επιτρέπει (π.χ. εφελκυστικό τεκτονικό καθεστώς - κανονικά ρήγματα), k=1 για ελαστοπλαστική συμπεριφορά (κυρίως σε μεγάλα βάθη διάνοιξης), k=1-sinφ' (φ': γωνία τριβής) για διάνοιξη σήραγγας σε κοκώδη εδάφη, k=(1-sinφ')(OCR)^sinφ' για προφορτισμένες αργίλους (OCR: λόγος προφόρτισης). Σε θλιπτικό τεκτονικό καθεστώς ο λόγος k μπορεί να ξεπεράσει την τιμή k=3 φράζεται δε: 100/z+0.3<k<1500/z+0.5 όπου z το βάθος σε μέτρα. Για μεγάλα βάθη εν γένει τεινει στην τιμή k=1.
  • Ταξινόμηση βραχομάζας (Rockmass classification). Η βαθμολογία της βραχομάζας είναι καθοριστική για την επιλογή των μέτρων υποστήριξης καθώς και για την ομαδοποίηση των μέτρων ανά τμήματα του έργου.
  • Αντοχή (Strength). Ο ακριβής υπολογισμός των μέτρων υποστήριξης στηρίζεται στην γνώση της μηχανικής συμπεριφοράς της βραχομάζας. Γίνεται εργαστηριακή εκτίμηση της αντοχής του άρρηκτου πετρώματος καθώς και εκτίμηση της αντοχής της βραχομάζας.
  • Ασυνέχειες. Καταγραφή μεμονωμένων και ομάδων ασυνεχειών. Κατάρτιση τεκτονικών διαγραμμάτων. Διερεύνηση για την δημιουργία πιθανών μηχανισμών με σφήνες και σχεδιασμού μέτρων «καρφώματος» (αγκύρωσης).
  • Γεωμετρία Διατομής. Η γεωμετρία της διατομής καθορίζεται από τον σκοπό του έργου (μία σχετικά αυθαίρετη ταξινόμηση ως προς το μέγεθος των σηράγγων είναι: υδραυλικές σήραγγες<σιδηροδρομικές σήραγγες<οδικές σήραγγες). Οι μεγαλύτερες διατομές απαιτούν συνήθως διαδοχική εκσκαφή εφόσον δεν είναι δυνατή η χρήση TBM, υποστήριξη μετώπου. Η αύξηση του μεγέθους της διατομής έχει ως συνέπεια της ενεργοποίησης μεγαλύτερου μέρους της περιβάλλουσας βραχομάζας και επειδή τα σχετικά μεγέθη των ασυνεχειών μικραίνουν, έχουμε και επιδείνωση των μηχανικών χαρακτηριστικών.
  • Υπόγεια ύδατα (Ground water). Τα υπόγεια ύδατα έχουν σαν συνέπεια την αλλαγή των χαρακτηριστικών αντοχής μέσω της ανάπτυξης υδατικών πιέσεων και μεταβολλή των ενεργών τάσεων στους εδαφικούς πόρους (για την περίπτωση των εδαφών) ή των ασυνεχειών (για την περίπτωση βραχομάζας). Επιπλέον, λαμβάνονται υπόψη κατά τον σχεδιασμό των συνθηκών στράγγισης (πλήρως στραγγιζόμενη διατομή ώστε να αποτονώνονται οι υδατικές πιέσεις ή στεγανή διατομή με πλήρη ανάπτυξη των υδατικών πιέσεων).
  • Κατασκευή. Μέθοδοι κατασκευής όπως η διάτρηση και ανατίναξη προκαλούν διατάραξη στην περιβάλλουσα βραχομάζα και μεταβολλή των μηχανικών χαρακτηριστικών.
  • Άλλοι παράγοντες. Είναι τα επιφανειακά έργα στην περιοχή της σήραγγας (ως φορτίσεις ή ως απαίτηση μη-εκδήλωσης παραμορφώσεων και καταστροφών στις υπερκείμενες κατασκευές). Η καταπόνηση του έργου από τις δονήσεις των οχημάτων - συρμών (οδικές - σιδηρ. σήραγγες) καθώς και από την εσωτερική πίεση του νερού (υδραυλικές σήραγγες).
• Συμβατικές μέθοδοι διάνοιξης (Conventional drilling). Συμβατικές μεθόδους καλούμε συνήθως τις μη-πλήρως μηχανοποιημένες. Βασίζονται σε κάποια (οποιαδήποτες) μέθοδο όρυξης και σε δεύτερη φάση την τοποθέτηση των μέτρων υποστήριξης.
• Μέθοδος εκσκαφής - επανεπίχωσης (Cut and Cover). Η μέθοδος εκσκαφής και επανεπίχωσης συμπεριλαμβάνει την πλήρη εκσκαφή του εδάφους από την επιφάνεια, την αντιστήριξη της εκσκαφής, την κατασκευή του φορέα του έργου που περιλαμβάνει οπωσδήποτε και ανθεκτική οροφή. Κατόπιν, είτε γίνονται έργα αξιοποίησης της οροφής (βλ. σήραγγες Αττικής Οδού στο Ηράκλειο) ή πλήρη επανεπίχωση με τα υλικά εκσκφαφής και αποκατάσταση του περιβάλλοντος (βλ. σήραγγες Αττικής Οδού - Δυτική περιφερειακή λεωφόρος Υμηττού). Η μέθοδος Cut and Cover χρησιμοποιείται συχνά σε έργα οδοποιίας αντί του απλού ορύγματος με καλύτερους περιβαλλοντικούς όρους (μικρότερη αλλοίωση του τοπίου). Επιπλέον είναι η μοναδική λύση για ρηχές σήραγγες μεγάλης διατομής.
• Πλήρως μηχανοποιημένες μέθοδοι διάνοιξης (Tunnel Boring Machine - TBM).
• Εκσκαφή με χρήση Εκρηκτικών Υλών - Διάτρησης και Ανατίναξης (Drill and Blast).
• Διαδοχική εκσκαφή διατομής (Progressive excavation).
• Νέα Αυστριακή Μέθοδος (NATM).

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας

Πρανή Τεχνικών Έργων

• Πρανές (Slope).
• Ευστάθεια πρανών (Slopes stability).
• Ανάλυση ευστάθειας (Stability analysis).

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας

Κατολισθήσεις

• Κατολίσθηση (Landslide).
• Ενεργοποίηση κατολίσθησης (Triggering).
• Γεωλογία κατολισθήσεων (Geology).
• Επιπτώσεις κατολισθήσεων (Effects).
• Μέτρα αποσόβησης.
• Καταπτώσεις βραχοτεμμαχίων (Rockfalls).

Επιστροφή στην αρχή της ιστοσελίδας