Δυσμενής επίδραση του υπ. νερού στα γεωτεχνικά έργα Προβλήματα από το υπόγειο νερό στο γεωλογικό υλικό και τους γεωλ. σχηματισμούς Δυσμενής επίδραση του υπ. νερού στα γεωτεχνικά έργα Εδαφ.υλικά & σχηματισμοί: διάβρωση, αύξηση πίεσης νερού πόρων (u), μείωση ενεργών τάσεων, (σολ-u=σ΄ενεργ), μείωση διατμ. αντοχής του εδαφικού υλικού, (τ), (τ= c+σ΄tanΦ): Καθιζήσεις, Κατολισθήσεις Υδατο-Περατότητα: ευκολία μετακίνησης υπόγειου νερού (μονάδ. Ταχύτητας). Στα εδάφη: κίνηση μέσω των κενών-πόρων, ανεξάρτητη από πορώδες! Π.χ. η άργιλος έχει μεγάλο πορώδες αλλά πολύ μικρή περατότητα

Υδροπερατότητα, συντελεστ. (K), Qποσοτ/Τχρον Συνήθως, K, m/sec ή cm/sec (Κοριζ.>Κκατακ.) Μέτρηση Κ: εργαστηρ. & υπαίθρ. Δοκιμές Τιμές: >10-1, υψηλή, 10-1 έως 10-5, 10-5 έως 10-7, <10-7 πρακτ.αδιαπέρ.σχημ/μός,π.χ. άργιλος Κ: επηρεάζ. από χαρακτηρ.κόκκων, υγρό, λόγο κενών, κ.ά. Εργαστήριο, περατόμετρα: Ο συντελ. Υδροπερατότητας, Κ (ή συντελ.υδραυλικής αγωγιμότητας) προσδιορίζεται, εργαστηριακά,με τη βοή- θεια των περατομέτρων στα οποία κατά τη διάρκεια ροής νερού δια μέσου μικρού μήκους εδαφικού δείγ- ματος γίνονται μετρήσεις της ταχύτητας ροής και των απωλειών φορτίου (ποσοτ. Νερού). Δοκιμή Σταθερού φορτίου (Constant head) Δοκ. Lefrank Δοκιμ. Μεταβλητού φορτίου (Falling head) Δοκ. Maag

(α) Σταθερού φορτίου (β) μεταβλητού φορτίου

Α. Σταθερού φορτίου περατόμετρα Τα περατόμετρα αυτού του τύπου χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του συντελεστή υδροπερατότητας, σε σχετ. ομοιογεν. χαλαρά ή λίγο συνεκτικ. εδάφη αμμοχάλικων, χαλίκων και άμμων με λίγη ή καθόλου άργιλο – ιλύ ( υψηλή περατοτ. Κ> 10-2cm/sec). Τοποθετείται διαταραγμένο δείγμα υλικού στον κύλινδρο του περατόμετρου είτε αφού έχει συμπυκνωθεί σε επιθυμητό βαθμό είτε αφού έχει επιτευχθεί συγκεκριμένη ξηρή πυκνότητα Διαδικασία εκτέλεσης: μετράται η ποσότητα νερού που αναγκάζεται να περάσει μέσα από το δείγματος κάτω από τη δράση σταθερού φορτίου (δηλαδή σταθερής διαφοράς πίεσης καθ’ όλη τη διάρκεια της δοκιμής) σε συγκεκριμένο χρο- νικό διάστημα.

Β. Μεταβλητού φορτίου περατόμετρα Μετράται ο Κ εδαφών με μέση ή και χαμηλή υδροπερατ. (Κ< 10-2cm/sec), δηλαδή ιλυωδών και αργιλικών εδαφών. Διαδικασία: ένα σχετ. μικρού μήκους εδαφικό δείγμα έχει τοποθετηθεί μέσα στον κύλινδρο του περατόμετρου που συνδέεται με ένα βαθμονομημένο σωλήνα για την παρακολούθηση της μεταβολής της στάθμης του νερού αλλά και τη μέτρηση της ποσότητας του νερού που διέρχεται μέσα από το δείγμα σε συγκεκριμένο χρόνο. Η διαδικασία, επαναλαμβάνεται 3-4 φορές και για τους τελικ. υπολογισμό του Κ χρησιμοποιείται η μέση τιμή

k = Q/c.h Υπαίθριες δοκιμές (εντός γεωτρήσεων) Δοκιμή σταθερού φορτίου, Lefrank: ποσότητα νερού εισάγεται στη γεώτρηση με βοήθεια αντλίας έτσι ώστε να διατηρείται σταθερή η στάθμη σε επιθυμητό ύψος (αντισταθμίζοντας την απορρόφηση του νερού στους πόρους ή άλλα κενά του γεωυλικού) και μετριέται η παροχή σε ορισμένο χρονικό διάστημα (π.χ. 5-20min). Θύλακας ή όχι στο μετρούμενο τμήμα της σωληνωμένης γεώτρησης ( (για χονδρόκοκκα εδάφη, λιγότερο συχνά σε ομοιογενείς, κερματισμεν. βραχ. σχηματισμούς ) k = Q/c.h όπου: Q = η παροχή του νερού σε cm3/sec, c = συντελεστής σχετιζ. με γεωμετρία δοκιμαζ. τμήματος h = το ύψος της σταθερ. στάθμης (ύψος φορτίζουσας στήλης) σε cm.

Δοκιμή μεταβλητού φορτίου, MAAG Αποτελεί την απλούστερη μέθοδο προσδιορισμού του συντελεστή k για λεπτόκοκκα εδάφη, (χαμηλή υδροπερ.) Διαδικασία: παροχετεύεται νερό στη γεώτρηση και μετριέται ο χρόνος που χρειάζεται για να κατέβει στάθμη σε νέα πιο χαμηλή θέση, κάτω από φυσική ροή. Γενικά ο υπολογ. Του συντελ. Κ με το γενικό τύπο: k = A/F.t όπου: Α = η διατομή της γεώτρησης στη στάθμη του υπόγειου νερού F = αδιάστατος παράγοντας σχήματος σχετιζόμενος με τη γεωμετρία της δοκιμής t = ο χρόνος εκτέλεσης της δοκιμής

Βραχομάζες (βραχ. υλικό + ασυνέχειες) Δευτερογενές πορώδες (Πρωτογενές το εντός του άθικτου-συνεχούς υλικού του πετρώματος Ροή νερού μέσα από δίκτυο ασυνεχειών (& καρστικού δικτύου στα ανθρακ. πετρώματα, π.χ. ασβεστόλιθοι, μάρμαρα) Προβλήματα σε βραχομάζες. & γεωτεχν. έργα: αποσάθρωση και διάβρωση, πάγος-διόγκωση-εφελκυσμός-θραύση, υποπιέσεις κάτω από φράγματα (πιθανή ααστοχία-εκτίναξη γεωυλικού), διαφυγές νερού (από ταμιευτήρες νερού, φράγματα προς κατάντη), κατολισθήσεις (πρανή), καθιζήσεις και εισροές νερού σε σήραγγες. Διάβρωση μεταλ. οπλισμού και σκυροδέματος

Δίκτυα ροής (σελ. 5.4 & 5.5 βιβλ.) Μέτρηση πίεσης νερού (εδαφ. σχηματισμ. κυρίως αλλά & βραχώδεις): πιεζόμετρα μέσα σε γεωτρήσεις Ανοικτά πιεζόμετρα: (φρέατα παρατήρησ., ανοικτ. Πυθμένας, Κ>10-4cm/sec, μέτρηση στάθμης με σταθμήμετρο. Πιεζόμετρα σωλήνα: Κ<10-4cm/sec, σωλ. μικρ. διαμετρου σε γεωτρ. Με διάτρητο τμήμα στη θέση μέτρησης Κλειστά υδραυλ. Πιεζομ.: Κ<10-6cm/sec (τότε με προηγούμ. πιεζόμετρα χρειάζονται 5 ημερ. για να φθάσει σε ισοροπ. και γίνει η μέτρηση!! (μετράται η πίεση πόρων σε αναχωμ. και χωμάτινα φράγματα). Τοποθετ. όταν κατασκευάζεται το έργο

Πνευματικά (αέρας) πιεζόμετρα: πολύ γρήγορη απόκριση Πνευματικά (αέρας) πιεζόμετρα: πολύ γρήγορη απόκριση. Η πίεση του νερού μετριέται ως μεταβολή της πίεσης αέρα (του οργάνου) πάνω σε διάφραγμα Ηλεκτρικά πιεζόμετρα: έχουν σχεδόν άμεση απόκριση. Η απόκλιση ενός διαφράγματος λόγω πίεσης νερού, μετριέται ως μεταβολή της ηλεκτρικ. αντίστασης μιας μικροσυσκ. που είναι συνδεδεμ. με το διάφραγμα. Υψηλό κόστος. Δεν χρησιμ. σε μόνιμη εγκατάσταση λόγω πιθαν. ανωμαλ. στα ηλεκτρικά τους κυκλώματα

Μέτρηση του Κ σε βραχομάζες (δηλ. μέτρηση υδροπερατότητας ασυνεχειών) Υπαίθριες Δοκιμές (μέσα σε γεωτρήσεις) Δοκιμές ιχνηθετήσεων (χρόνος κίνησης ουσίας μεταξύ δύο γεωτρησ. παρατήρησης) Δοκιμές άντλησης νερού (Pumping out tests). Δοκιμές εισπίεσης νερού (Pumping in tests)

Δοκιμές εισπίεσης νερού (Pumping in tests). Δοκιμή Lugeon Προτίμηση στη γεωτεχν.μηχανική: ταχύτητα εκτέλεσης δυνατότητα συχνής επανάληψης κατά τη διάρκεια της διάτρησης, καλή αξιοπιστία των αποτελεσμάτων δυνατότητα μετρήσεων σε συγκεκριμ. περιοχή της βραχομάζας

Όλοι οι τύποι υπολογ. του Κ εξαρτούν την ακριβή εφαρμογή τους από το βαθμό/προϋπόθεση πλήρους ομοιογένειας του γεωυλικού που δοκιμάζεται. Αναγκαία η απομόνωση του εισπιεζόμενου τμήματος μέσα στη γεώτρηση με την πλήρη εφαρμογή των παρεμβυσμάτων στους βραχώδεις σχηματισμούς, άλλως τα αποτελέσματα θα είναι εσφαλμένα, με όλες τις επακόλουθες συνέπειες στην ασφάλεια του τεχνικού έργου. Στην πράξη τα πράγματα διαφορετικά: Ο Κ, ακόμα και σε ένα ομοιόμ. σχημ/μό μεταβάλλεται από σημείο σε άλλο, η παρουσία στρωσιγένειας σημαίνει διαφορετική περατότητα κατά τον οριζόντιο και τον κατακόρυφο άξονα. Έτσι συνήθως μετράται η περατότητα του πλέον υδροπερατού ορίζοντα. Δεν υπάρχει ικανοποιητική μέθοδος διαφοροπ. οριζόντιου από κατακόρυφο Κ. Οι τιμές που λαμβάνονται στην ύπαιθρο θεωρούνται αντιπροσωπευτικές του στρώματος/περιοχής (τμήμα βραχομάζας) σαν σύνολο.

Δοκιμή Lugeon Γάλλoς ερευνητής, πρώτος χρησιμ. (Lugeon test). Στη δοκιμή αυτή το δοκιμαζόμενο τμήμα, μήκους συνήθως 3-5m, από τον πυθμένα της γεωτρήσεως, απομονώνεται από πάνω με ένα παρέμβυσμα (packer) το οποίο διογκούμενο με κατάλληλη τεχνική (εισαγ. αέρα), εφάπτεται ερμητικά με τα τοιχώματα της γεώτρησης, έτσι ώστε κατά τη διάρκεια της δοκιμής να μην επιτρέπει διαφυγές νερού. Μετά την απομόνωση, εισπιέζεται νερό με τη βοήθεια αντλίας. Ένα μανόμετρο, ένας υδρομετρητής και μία βαλβίδα ανα- κούφισης, προσαρμοσμένα σε κατάλληλο αεριοφυλάκιο, επιτρέπουν την μέτρηση της ποσότητας νερού που απορ- ροφήθηκε, για κάθε πίεση που εφαρμόσθηκε. Η δοκιμή εκτελείται με την εφαρμογή πίεσης κατά βαθμίδες. Για κάθε σταθερή πίεση, η ποσότητα που απορροφάται με- τριέται σε μια διάρκεια 10min.

1 Lu= 1lit./m.min σε πίεση 1Mpa ( ή 10atm. ή 10kg./cm2), για 10 min. Η δοκιμή γίνεται με την εφαρμογή κατάλληλα επιλεγμένων πιέσεων για το συγκεκριμένο τεχνικό έργο, σε αύξουσα σειρά μέχρι μια μέγιστη τιμή πίεσης και συνεχίζεται κατά φθίνουσα σειρά με πιέσεις αντίστοιχες της αύξουσας σειράς. 1 Lu= 1lit./m.min σε πίεση 1Mpa ( ή 10atm. ή 10kg./cm2), για 10 min. Βλ. φυλλάδιο άσκησης: για σχέσεις απορροφ. ενέμματος/ πίεση και ερμηνεία διαγραμμάτων σε δοκιμές Lugeon

Μια μονάδα Lugeon (1L), είναι η υδροπερατότητα που έχει μια βραχώδης μάζα κάτω από πίεση 10 Atm (φορτίο 100m πάνω από τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα), όταν ένα (1) m γεώτρησης διαμέτρου ΝΧ (76 mm) σε αυτή τη βραχομάζα επιτρέπει απώλειες ενός (1) λίτρου νερού ανά λεπτό.

Πολύ δύσκολο η μέγιστη πίεση > 10 Atm για να έχουμε τις μον Πολύ δύσκολο η μέγιστη πίεση > 10 Atm για να έχουμε τις μον. Lugeon για το σχηματισμό που εξετάζεται, αλλά και η μετατροπή των μονάδων αυτών σε τιμές του συντ. k είναι πολύ δύσκολη λόγω των στοιχείων τυποποίησης της δοκιμής (δεν λαμβάνεται υπόψη πλήρως η γεωμετρία του εισπιεζόμενου τμήματος κλπ). Επί πλέον η έλλειψη ομοιογένειας στις κερματισμένες βραχομάζες μπορεί να οδηγήσει σε λάθος υπολογισμό του k. Εν τούτοις, για πρακτικούς λόγους εφαρμογής έχει καθιερωθεί ένας παράγοντας μετατροπής των μονάδων Lugeon σε τιμές συντελεστή k: 1Lugeon = 10-5 cm/sec (10-7 m/sec).

Οι δοκιμές με την εφαρμογή παρεμβυσμάτων είναι πολύ χρήσιμές για τον καθορισμό της υδροπερατότητας βρα- χωδών μαζών και κατ’ επέκταση των διαρροών σε περιο- χές τεχνικών έργων όπως αυτά που αφορούν σε κατα- σκευές συγκράτησης νερού (π.χ. φράγματα, λιμνοδεξαμε- νές, κλπ). Ακόμα μπορεί να χρησιμοποιηθούν και για τον καθορισμό της κατάστασης του κερματισμού μιας βραχο- μάζας. Αναλυτικότερα, για τα φράγματα επικρατεί η άπο- ψη (Lugeon, 1932) ότι:  Για φράγματα πάνω από 30m ύψος η βραχομάζα θε- μελίωσης θεωρείται στεγανή αν οι απώλειες είναι μι- κρότερες των 1-2 μονάδων Lugeon (U.L.).  Για φράγματα μέχρι ύψους 30m το αντίστοιχο αποδε- κτό όριο είναι 3 U.L. Κατασκευή στεγανού διαφράγματος-κουρτίνας τσιμεντενέσεων με εισπίεση ενέμματος

`