Βραχώδες υλικό: Φυσικές και δυναμικές παράμετροι Νικόλαος Σαμπατακάκης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Γεωλογίας

2 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί.

3 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στo πλαίσιo του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Αθηνών» έχει χρηματοδοτήσει μόνο την αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

4 Σκοποί ενότητας Η κατανόηση των βασικών φυσικών ιδιοτήτων και του εύρους των τιμών τους στα διάφορα βραχώδη υλικά

5 «Βράχος» 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 Ασυνέχειες Βραχομάζα

6 Βραχώδες υλικό (rock material) 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 κ.λπ.) αλλά μπορεί να περιέχει ασυνέχειες μικρής κλίμακας όπως σχιστότητα, φύλλωση κ.λπ. Συχνά αναφέρεται στη βιβλιογραφία και ακέραιο πέτρωμα, ανέπαφο πέτρωμα άρρηκτο πέτρωμα ή άθικτος βράχος Σχήμα 1. Βραχώδες υλικό (πυρήνες γεωτρήσεων) (από Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας)

7 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 κτλ) Σχήμα 2. Ασυνέχειες που διατέμνουν τη βραχομάζα (συστήματα διακλάσεων) (από Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας)

8 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 Σχήμα 3. Θεωρητικό διάγραμμα από την έντονα διακλασμένη βραχομάζα στο βραχώδες υλικό με την αλλαγή της κλίμακας ( από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

9 Εικόνα 1. Βραχομάζα καλής ποιότητας που διατέμνεται από τρία κύρια συστήματα ασυνεχειών (από Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας) «Καλής ποιότητας» βραχομάζα

10 Εικόνα 2. Βραχομάζα μέτριας ποιότητας που διατέμνεται από τουλάχιστον τέσσερα συστήματα ασυνεχειών (από Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας) «Μέτριας ποιότητας» βραχομάζα

11 Βραχώδες υλικό …..χαρακτηριστικά υλικών – ιδανικά υλικά 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 ….τα βραχώδη υλικά είναι ανισότροπα- ανομοιογενή - ασυνεχή

12 Βασική γεωλογική – πετρογραφική διερεύνηση βραχώδους υλικού 1)τύπος πετρώματος (κυρίως ονομασία) 2)Χρώμα 3)μέγεθος των κόκκων 4)βαθμός αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης 5)δομή και ιστός

13 Μέγεθος κόκκων βραχώδους υλικού Πίνακας 1. Μέγεθος κόκκων βραχώδους υλικού (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

14 Βαθμός αποσάθρωσης και εξαλλοίωσης Πίνακας 2. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

15 Κατηγορίες βραχώδους υλικού «Αθηναϊκών σχιστολίθων» Πίνακας 3. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

16 Δομή και ιστός Σχήμα 4. Αύξηση της αντοχής σε μοναξονική θλίψη σε ψαμμίτες ανάλογα με το περιεχόμενο ποσοστό χαλαζία (Sabatakakis et al. 2008)

17 Φυσικές παράμετροι Περιεχόμενη υγρασία κρυσταλλικά πετρώματα (μέχρι 1%), αργιλικής σύστασης (μαργόλιθοι, ιλυόλιθοι, μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι κτλ.) μέχρι και 30%. Αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας προκαλεί μείωση της μηχανικής αντοχής των πετρωμάτων. Σχήμα 5. Διαγραμματική απεικόνιση των τριών φάσεων του βραχώδους υλικού (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

18 Πορώδες - πυκνότητα πορώδες 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 (ρ sat ) που είναι ο λόγος της μάζας του κορεσμένου πετρώματος προς το συνολικό του όγκο και εκφράζεται σε kΝ/m 3 τη ξηρή πυκνότητα (ρ d ) που είναι ο λόγος της μάζας του ξηρού πετρώματος προς το συνολικό του όγκο (σε kΝ/m 3 ).

19 Σχέση πορώδους – ξηρής πυκνότητας Σχήμα 6. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

20 Σχέση αντοχής – ξηρής πυκνότητας Σχήμα 7. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

21 χαλάρωση 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 Ανθεκτικότητα σε χαλάρωση (slaking durability) είναι πρακτικά η ανθεκτικότητα του βραχώδους υλικού στη χρονικά γρήγορη αποσάθρωση…

22 Μέτρηση της χαλάρωσης δείκτης χαλάρωσης (I d2 ) Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης χαλάρωσης (I d2 ) τόσο το πέτρωμα παρουσιάζει μεγαλύτερη ανθεκτικότητα σε αποσάθρωση Εικόνα 3. Συσκευή δοκιμής χαλάρωσης (από Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας)

23 Τιμές φυσικών παραμέτρων βραχώδους υλικού Είδος ακέραιου πετρώματοςρ d (kN/m 3 )n (%)I d2 (%) Ασβεστόλιθος24 – 270 – 3--- Κρυσταλλικός, συμπαγής ασβεστόλιθος 26 – 270 – 1--- Δολομιτιωμένος ασβεστόλιθος 15 – – 3875 – 100 Μαργαϊκός ασβεστόλιθος16.5 – 266 – 4033 – 98 Μαργόλιθος, ιλυόλιθος17.5 – 265 – 40<10 – 90 Ψαμμίτης15 – – 3040 – 99 Μάρμαρο26.5 – – 1--- Σχιστόλιθος22 – – 365 – 100 Ανδεσίτης21.5 – 2310 – 4030 – 98 Πίνακας 4. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

24 Εικόνα 4. Συσκευή δοκιμής ταχύτητας διάδοσης υπερήχων (sound velocity) (από Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας) Δυναμικές παράμετροι

25 Υπολογισμός δυναμικών παραμέτρων

26 Τιμές ταχύτητας σε «Ελληνικά» πετρώματα Βραχώδες υλικόV P (m/sec)V S (m/sec) Ασβεστόλιθοι2550 – – 4000 Κρυσταλλικοί, συμπαγείς ασβεστόλιθοι4800 – – 4000 Μαργαϊκοί ασβεστόλιθοι1700 – – 3300 Ψαμμίτες (μαργαϊκοί, χαλαζιακοί κ.τ.λ.)1900 – – 3500 Γνεύσιοι - Σχιστόλιθοι2300 – – 3600 Πίνακας 5. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

27 Ταχύτητες κυμάτων P & S σε «Ελληνικά» πετρώματα Σχήμα 8. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

28 Σχέση ταχυτήτων – πυκνότητας «Ελληνικών» πετρωμάτων Σχήμα 9. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

29 Σχέση ταχυτήτων – πορώδους σε «Ελληνικά» πετρώματα Σχήμα 10. (από Κούκης & Σαμπατακάκης 2002)

30 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Γεωλογίας, Κούκης και Σαμπατακάκης. Τεχνική Γεωλογία. Έκδοση: 1.0. Πάτρα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση:

Αναφορές Το υλικό της παρουσίασης προέρχεται από: Τεχνική Γεωλογία. Γ. Κούκης και Ν. Σαμπατακάκης. Έκδοση: 1.0. Αθήνα Εκδόσεις Παπασωτηρίου.

Τέλος Ενότητας