Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΔΠΜΣ: Επιστήμη & Τεχνολογία Υδατικών Πόρων Μάθημα: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΓΕΩΦΡΑΓΜΑΤΩΝ Σύνδεση διαφραγματικού τοίχου με πυρήνα γεωφράγματος Διδάσκων μαθήματος: Ν. Ι. Μουτάφης Παρουσίαση: Α. Λύκου

2 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης Δυνάμεις διήθησης Δυνάμεις διήθησης (δρουν κατά τη διεύθυνση ροής): F = ρ w ·g·Δh·Α F = γ w ·i όπουρ w η πυκνότητα του νερού g η επιτάχυνση της βαρύτητας Δh το ασκούμενο υδραυλικό φορτίο Α η επιφάνεια διατομής του εδαφικού στοιχείου i η υδραυλική κλίση F = γ w ·i για μοναδιαίο όγκο αναφοράς (α) υδροστατικής ισορροπίας (β) καθοδικής ροής (γ) ανοδικής ροής

3 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης Επιπτώσεις διήθησης στη ευστάθεια φραγμάτων Αποσταθεροποίηση κελυφών & δημιουργία επιφάνειας ολίσθησης Εσωτερική διάβρωση & διασωλήνωση με μεταφορά υλικού από τον πυρήνα ή στο έδαφος θεμελίωσης

4 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης Θεμελίωση σε ποτάμιες αποθέσεις (2)  Ιλυοαμμοχαλικώδεις αποθέσεις με κροκάλες και τρόχμαλους, διαστρωμένες σε επάλληλες στρώσεις ή/και φακούς αργίλου, ιλύος, λεπτής άμμου και χαλικιών  Διαφοροποιήσεις υλικών καθ’ ύψος, λόγω αποθέσεων ποταμού  Διαφοροποιήσεις υλικών κατά πλάτος, λόγω μαιανδρισμού ποταμού  Υψηλότερες τιμές οριζόντιας υδραυλικής αγωγιμότητας

5 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης Στεγανοποίηση & σταθεροποίηση θεμελίωσης A.Αργιλικός τάπητας B.Διαφραγματικός τοίχος C.Διάφραγμα τσιμεντενέσεων D.Στραγγιστήριο βάσης E. Γεώτρηση αποτόνωσης πιέσεων F. Αναβαθμός σταθεροποίησης κατάντη κελύφους G.Κατακόρυφο στραγγιστήριο Παραδείγματα ελέγχου διήθησης και ενίσχυση ευστάθειας γεωφράγματος: Μέθοδοι ελέγχου διήθησης στοχεύουν:  στην έμφραξη διοδών νερού για μείωση διαφυγών, μείωση του κινδύνου διάπλυσης και ελέγχου πιέσεων  στην αποστράγγιση για έλεγχο των πιέσεων και ροής

6 Θέση κατασκευής στεγανού στοιχείου Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης

7 ΥΗΕ Πουρναρίου ΙΙ, π. Άραχθος

Το μέτρο παραμορφωσιμότητας του σκληρυμένου μίγματος να είναι παραπλήσιο με αυτό των υλικών μέσα στα οποία διανοίγεται το διάφραγμα, ώστε οι παραμορφώσεις των υλικών να είναι συμβατές και να ανταποκρίνονται ως ενιαίο σύστημα στις διάφορες καταπονήσεις Μέθοδοι που εφαρμόζονται συχνά:  Δ/Τ από τσιμέντο-μπεντονίτη  Δ/Τ από πλαστικό σκυρόδεμα  Ειδικές μέθοδοι τσιμεντενέσεων (Tube a Manchette)  Διάφραγμα με ανάμιξη εδάφους με δέσμη τσιμεντενέματος υψηλής ταχύτητας (Jet Grouting) 8 Βασική απαίτηση σχεδιασμού σε προσχωματικά υλικά με επικαλυπτόμενα φατνώματα ή με έγχυτους αλληλοτεμνόμενους πασσάλους

9 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης Δ/Τ από τσιμέντο - μπεντονίτη ή πλαστικό σκυρόδεμα Πάχος ΔιαφράγματοςΜήκος Φατνώματος Επικάλυψη

10 Αναρρυθμιστικό φράγμα Αγ. Βαρβάρας, π. Αλιάκμονας (1)

11 Αναρρυθμιστικό φράγμα Αγ. Βαρβάρας, π. Αλιάκμονας (2) Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης

12 Δίκτυο ροής φράγματος Ομογενές φράγμα Φράγμα με ζώνη πυρήνα και στραγγιστήριο ποδός

Παρεμβολή στεγανού στοιχείου i ≤ 2 i ≤ 100 (Η/d) 13 Πίεση ύδατος πόρων (kPa) X (m) Πίεση ύδατος πόρων (kPa) Θέση κατασκευής Δ/Τ Πριν την κατασκευή Δ/Τ Μετά την κατασκευή Δ/Τ

14 Σύνδεση Δ/Τ με πυρήνα γεωφράγματος  Η μείωση των υδραυλικών κλίσεων στον πυρήνα επιτυγχάνεται με επέκταση του Δ/Τ μέσα στον πυρήνα  Η προστασία του πυρήνα από διάβρωση απαιτεί διάστρωση ζώνης φίλτρου κατάντη του διαφράγματος (θεμελίωση σε διαπερατή στρώση αμμοχάλικων)  Η αλλοίωση ποιότητας μίγματος Τ/Μ λόγω κάθισης απαιτεί αφαίρεση και ανακατασκευή του αντίστοιχου τμήματος (διαπλάτυνση κεφαλής)

15 ΥΗΕ Στράτου, π. Αχελώος

16 ΥΗΕ Στράτου, π. Αχελώος

17 Φράγμα Ιασίου, χ. Ιασίου

18 ΥΗΕ Karkheh, Ιράν (Πηγή: elm24.com/en) Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης

19 Διερεύνηση διήθησης Ερωτήματα που προκύπτουν:  Πόσο πρέπει να εισχωρήσουμε εντός του πυρήνα;  Πώς επηρεάζει η τιμή της υδραυλικής αγωγιμότητας σε κάθε ζώνη;  Πώς επηρεάζει η κλίση παρειών πυρήνα;  Πώς επηρεάζει η διαπλάτυνση κεφαλής;  Ποιό είναι το αποτελεσματικότερο πλάτος κεφαλής; Απαντήσεις μέσω αναλύσεων πεπερασμένων στοιχείων:  Προσδιορισμός δικτύων ροής & κατανομή ισοδυναμικών γραμμών  Παραδοχές μόνιμων συνθηκών ροής και συνθηκών σταθερής ροής για την ΑΣΑ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης

Πυρήνας Θεμελίωση Πυρήνας Θεμελίωση Γεωμετρία μοντέλου Η = 100 m Διερεύνηση:  Μήκος εισχώρησης διαφράγματος (p): 0.00 ÷ 0.10·Η  Διαπλάτυνση κεφαλής (w): 0.02 ÷ 0.04·Η  Κλίσεις παρειών πυρήνα (Κ/Ο): 1:3, 1:4, 1:5 20

Κ1 Κ2 Κ3  Δυσμενέστερες συνθήκες: K 1 =10 -8 m/sec, K 2 =10 -3 m/sec K 3 =10 -9 m/sec  Διερευνήθηκαν ακόμα: K 2 / K 1 =1÷10 5 K 3 = m/sec  Τα κελύφη δεν συμμετέχουν στις αναλύσεις Φρεάτια Γραμμή, Μέθοδος Casagrande Ολικό φορτίο 2.13 ·H Πιθανή επιφάνεια διήθησης Ολικό φορτίο 1.13 ·H Ιδιότητες υλικών & οριακές συνθήκες 21

2 m p Πυρήνας Θεμελίωση Πυρήνας Θεμελίωση 2 m p w  Τριγωνικά στοιχεία  Μέγεθος Π.Σ.:  Γενικό μέγεθος: 10.0 m  Δ/Τ: 1 m  Περιοχή σύνδεσης: 0.50 m  Διερεύνηση περαιτέρω πύκνωσης Π.Σ.:  Γενικό μέγεθος: 5.0 m  Περιοχή σύνδεσης: 0.10 m  Δεν εφαρμόστηκε Ιδιότητες πεπερασμένων στοιχείων 22

p = 0% ·H 23 p = 10% ·H H1 = 213 m H2 = 113 m p = 0% ·H p = 1% ·H p = 3% ·H p = 5% ·H 100% Η 16% Η 22% Η 38% Η Τυπικά δίκτυα ροής

Μέγεθος Π.Σ. = 0.10 m & 0.50 m στην περιοχή σύνδεσης Κατανομή υδραυλικού φορτίου 24

K 3 =10 -9 m/secK 3 = m/sec Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης Διερεύνηση επίδρασης υδραυλικής αγωγιμότητας Δ/Τ 25

Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 26 Διερεύνηση επίδρασης υδραυλικής αγωγιμότητας θεμελίωσης/πυρήνα (Κ 2 /Κ 1 )

Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 27 Σύγκριση αποτελεσμάτων για μεταβολή υδραυλικής αγωγιμότητας Κ 1, Κ 2, Κ 3

 Δίκτυα ροής και υδραυλικές κλίσεις ουσιαστικά αμετάβλητα  Για τις δυσμενέστερες τιμές υδραυλικής αγωγιμότητας υλικών πυρήνα, θεμελίωσης, Δ/Τ και μήκος εισχώρησης p = 3%·H, υδραυλική κλίση στην άνω παρειά του Δ/Τ ίση με 22 1 : 31 : 41 : 5 Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 28 Διερεύνηση επίδρασης κλίσης παρειών πυρήνα

29 p = 0% ·H H1 = 213 m H2 = 113 m Δίκτυα ροής δεν διαφοροποιούνται σε επίπεδο διατομής για Δ/Τ με διαπλάτυνση κεφαλής p = 0%·H p = 1%·H p = 3%·H p = 5%·H 100% Η 25% Η 33%Η33%Η 33%Η33%Η 51% Η 100% Η 16% Η 22% Η 38% Η Τυπικά δίκτυα ροής για Δ/Τ με διαπλάτυνση κεφαλής w = 2%·H

Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 30 Σύγκριση αποτελεσμάτων για μεταβολή υδραυλικής αγωγιμότητας Κ 1, Κ 2, Κ 3 (με διαπλάτυνση κεφαλής, w = 2%·H)

Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 31 Με διαπλάτυνση κεφαλής ή χωρίς; (για χαμηλής διαπερατότητας Δ/Τ & w = 2%·H)

Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 32 Αποτελεσματικότερο πλάτος διαπλάτυνσης

 Η κατασκευή Δ/Τ στη θεμελίωση γεωφράγματος με πυρήνα έχει ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη υψηλών υδραυλικών κλίσεων στην περιοχή επαφής του Δ/Τ με τον πυρήνα  Οι αυξημένες υδραυλικές κλίσεις αντιμετωπίζονται αποτελεσματικά με εισχώρηση του Δ/Τ εντός του πυρήνα  Για τις συνήθεις κλίσεις παρειών κεντρικού πυρήνα δεν διαφοροποιείται το δίκτυο ροής και οι αναπτυσσόμενες υδραυλικές κλίσεις Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 33 Συμπεράσματα (1)

Συμπεράσματα (2)  Αποτελεσματικότερο εμφανίζεται το μήκος εισχώρησης που αντιστοιχεί στο 3%·Η για διάφραγμα χαμηλής υδραυλικής αγωγιμότητας (πρακτικά αδιαπέρατο) και για λόγους υδραυλικής αγωγιμότητας θεμελίωσης προς πυρήνα Κ 2 /Κ 1 = 10 – 10 5  Κατά την ανακατασκευή της κεφαλής του Δ/Τ για την εξασφάλιση της ποιότητάς του, είναι θετική η δημιουργία διαπλάτυνσης με πλάτος 2%·Η για υλικά ζωνών πυρήνα- θεμελίωσης με λόγο υδραυλικής αγωγιμότητας Κ 2 /Κ 1 > 100 και για μήκη εισχώρησης p ≤ (2–3)%·Η  Για μήκη εισχώρησης p≤1%·Η αποτελεσματικότερο εμφανίζεται το πλάτος διαπλάτυνσης w που αντιστοιχεί στο 3%·Η Σχολή Πολιτικών Μηχανικών – ΔΠΜΣ – Τεχνολογία Γεωφραγμάτων – Ν. Ι. Μουτάφης 34