Γεωτεχνική Έρευνα (ΓΕ): ορισμός, περιεχόμενο, χαρακτ/κα

Παρουσίαση με θέμα: "Γεωτεχνική Έρευνα (ΓΕ): ορισμός, περιεχόμενο, χαρακτ/κα"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Γεωτεχνική Έρευνα (ΓΕ): ορισμός, περιεχόμενο, χαρακτ/κα
Η ΓΕ αποτελεί ένα σύνολο ερευνητικών διαδικασιών συλλογής αναγκαίων/χρήσιμων πληροφοριών (που προϋπάρχουν ή ΌΧΙ) και αφορούν δεδομένο, ποσοτικά, Γεωπεριβάλλον (περιοχή, χώρος) προκειμένου να αξιοποιηθούν για την σύνταξη της Γεωτεχνικής Μελέτης δεδομένου Τεχνικού Έργου (εδώ: Πολ. Μηχ/κου) Διεξαγωγή ΓΕ: Γραφείο, Ύπαιθρο , Εργαστήριο (κατά περίπτωση…) Πληροφορίες (κυρίως…): α) γεωλογικές (γεωλογίας πετρωμάτων, γεωμορφολογίας, τεκτονικής, υδρογεωλογίας, κ.ά.) β) γεωτεχνικές (τεχνικής γεωλογίας, εδαφομηχανικής, βραχομηχανικής) Γεωπεριβάλλον (χώρος αναφοράς του έργου, καθορισμός διαστάσεων ανάλογα με τα χαρ/κα και τα μεγέθη του έργου) Σκοπός της ΓΕ: γεωλογικό προσομοίωμα: κατανομή πετρωμάτων, ασυνεχειών, σωμάτων νερού, κ.ά, στο χώρο αναφοράς γεωτεχνικό προσομοίωμα: φυσικά και μηχανικά χαρ/κα των εδαφικών και βραχωδών μαζών του γεωλογικού προσομοιώματος (μηχανισμού συμπεριφοράς ανάλογα με τις αλλαγές των εσωτ. συνθηκών & τις επιβαλλόμενες μέσω του Έργου )

2 Τεχνικό Έργο: υπάρχον ή νέο, μικρό ή μεγάλο, δομικό (π. χ
Τεχνικό Έργο: υπάρχον ή νέο, μικρό ή μεγάλο, δομικό (π.χ. κτιριακό) , υδραυλικό (φράγμα, λιμνοδεξαμενή, γραμμικό (π.χ. οδός, αγωγός φ. αερίου), γεωκατασκευή (π.χ. επίχωμα), σταθεροποίηση ανάταξη/αποκατάσταση ασταθειών (π.χ. κατολισθηση, καθίζηση) Γεωτεχνική Μελέτη: η ΛΥΣΗ δεδομένου προβλήματος δεδομένου Τεχν. Έργου. Π.χ. θεμελίωση κτιριακού έργου, αντιμετώπιση διαφυγών νερού σε φράγμα, προσωρινή-εργοταξιακή οδοποιία, …με βάση τα αποτελέσματα-πορίσματα της ΓΕ (κρίσιμα δεδομένα: παράμετροι σχεδιασμού)

3 Οι φάσεις, χρόνος διεξαγωγής, το κόστος, τα ποσοτικά, ποιοτικά και ειδικά χαρ/κα της Γεωτεχνικής Έρευνας και γενικότερα ο βαθμός πολυπλοκότητας της είναι άμεση συνάρτηση: του δεδομένου Τεχν. Έργου & συνδ. Γεωτεχνικής Μελέτης του δεδομένου Γεωπεριβάλλοντος (βαθμός πολυπλοκότητας του προσομοίωματος) των προϋπαρχόντων στοιχείων-δεδομένων βαθμός διακινδύνευσης ανθρωπ. Ζωής & περιουσίας σεισμικότητα χώρου αναφοράς Η διεξαγωγή της Γεωτεχνικής Έρευνας & της Γεωτεχνικής Μελέτης καθορίζεται από: Ευρωκώδικα 7, Γεωτεχνικός (Geotechnical Design – Parts 1 & 2), Ελλην. Κανονισμούς…

4

5

6

7 Διαφορές της Γεωτεχνικής Έρευνας ή Μελέτης από άλλες σχετικές έρευνες-μελέτες του Μηχανικού
Η ΓΕ & ΓΜ αναφέρονται σε εδαφικούς και βραχώδεις σχηματισμούς (μάζες & υλικά) που είναι φυσικά υλικά (γεω-υλικά) και διακρίνονται από μεγάλη (εγγενή) πολυπλοκότητα (ανομοιογένεια & ανισοτροπία). Επομένως οι τεχνικές ιδιότητες των υλικών αυτών μπορεί να μεταβάλλονται δραματικά από θέση σε θέση (οριζόντια και κατακόρυφα) ή και κατά διεύθυνση (ανισοτροπία βραχομαζών), κινούμενες σε ευρέα φάσματα τιμών. Σε άλλες μελέτες του Μηχανικού (πχ Στατική κατασκευών από σκυρόδεμα και μέταλλο) οι ιδιότητες των υλικών είναι γνωστές εκ των προτέρων και προδιαγράφονται στα πλαίσια της μελέτης του Έργου. Αντίθετα, στο χώρο της Γεωτεχνικής Μηχανικής οι ιδιότητες των υλικών είναι, εν πολλοίς, άγνωστες και επιχειρείται να εξαχθεί η γνώση τους μέσω της ΓΕ προκειμένου στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη του Έργου. Συχνά, στην πορεία αξιολόγησης των σταδιακά αποκαλυπτόμενων γεωλογικών και γεωτεχνικών πληροφοριών, αποφασίζεται η τροποποίηση ή διεύρυνση της αρχικά σχεδιασθείσας Έρευνας.

8 Εξ αιτίας της πολυπλοκότητας που χαρακτηρίζει συνήθως τις γεωλογικές συνθήκες μιας περιοχής, η προσομοίωση των τεχνικών ιδιοτήτων του γεωλογικού υλικού, της μάζας του και ευρύτερα της τεχνικής συμπεριφοράς του Γεωπεριβάλλοντος της περιοχής αυτής που επιχειρείται μέσω της ΓΕ (γεωτεχνικό προσομοίωμα), δεν εκφράζει αλλά απέχει, σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό από την πραγματικότητα. Υπάρχει, επομένως, ένα ποσοστό αβεβαιότητας ως προς την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων της ΓΕ. Ο βαθμός επιτυχούς αντιμετώπισης της εγγενούς αυτής αβεβαιότητας είναι ευθέως ανάλογος των γνώσεων, ικανοτήτων και της έμπειρης κρίσης του γεωτεχνικού επιστήμονα (Γεωτεχνικός Μηχανικός, Τεχνικός Γεωλόγος) που διεξάγει την σχετική έρευνα ή μελέτη και βέβαια των διαθέσιμων τεχνικών μέσων και υλικών πόρων.. Γενικά δε, στις γεωτεχνικές μελέτες οι κανονισμοί επιβάλλουν αυξημένες τιμές συντελεστών ασφάλειας που συνεπάγονται αύξηση του συνολικού κόστους Έργου.

9 Γεωλογικά υλικά* Έδαφικοί σχηματισμοί Βραχώδεις σχηματισμοί
Ορολ. Μηχανικού: Έδαφικοί σχηματισμοί Βραχώδεις σχηματισμοί Ημιβραχώδεις Σχηματισμοί, (Μαλακοί βράχοι ή Σκληρά εδάφη) Σταδιακός φυσ. μετασχηματισμός στην πορεία του χρόνου: από άθικτο, σκληρό βράχο σε έδαφος μέσα από φυσικ. διαδικασίες: κατακερματισμού (ασυνέχειες), αποσάθρωσης και διάβρωσης (νερό, τεκτονικές. δυνάμεις – σεισμοί). Μεγαλ. διαφορές μεταξύ πετρωμάτων (ρυθμός αλλαγής) Βασ. Ιδιότητες* (ανάλογα με κλίμακα αναφοράς): Ανομοιογένεια, ανισοτροπία (πολυπλοκότητα) Ελλάδα: ιδιαίτερα δύσκολες-πολύπλοκες συνθήκες

10 Προβληματικές γεωλογικές θέσεις:
Παρουσία προβληματικών γεωλογικών εδαφικών (διογκούμενες και ευαίσθητοι άργιλοι) ή βραχωδών υλικών και σχηματισμών (μαζών). Π.χ. Φλύσχης Καρστικά φαινόμενα (ασβεστόλιθοι, γύψος Ενεργά γεωλ. ρήγματα Κορρήματα, χαλαρές αποθέσεις Παλιές κατολισθήσεις Παλιά ορυχεία, μεταλλεία Εγκλωβισμένα και υπό πίεση υδροφόρα στρώματα Παρουσία τοξικών ή υπό πίεση αερίων Ακραίες θερμοκρασίες

11 Προβληματκοί ημιβραχώδεις* σχηματισμοί
(*, σκληρά εδάφη, μαλακοί βράχοι) Π.χ. αργιλικοί σχιστόλιθοι, αργιλίτες (πολύ μικρή γων. τριβής (φ). Γρήγορη επιδείνωση αντοχής από μεταβολές περιεχόμενης υγρασίας. Παρουσία τους στους σχηματισμούς του Φλύσχη* (Δ. Ελλάδα, Ήπειρος, π.χ. στα έργα ΕΓΝΑΤΙΑΣ) (*) μεγ. Πάχους ιζηματογ. συστήματα από εναλλαγές χονδρόκοκκου (ψαμμίτες, κυρίως, και κροκαλοπαγή) & λεπτόκοκκων στρωμάτων. Αστάθεια-Κατολισθήσεις Προβληματικοί βραχώδεις σχηματισμοί Ανθρακικά πετρώματα (-CO3), π.χ. ασβεστόλιθοι (CaCO3), γύψος, ορυκτό αλάτι, παρουσία κενών διαφόρου σχήματος και μεγέθους, υπολειμματικό ή μεταφερόμενο έδαφος ή και νερού (στάσιμο/ροή) στα κενά (καρστικά φαινόμενα με επιφανειακές και υπόγειες εμφανίσεις-μορφές)

12 ΚΥΡΙΕΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΓΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΕΡΕΥΝΑΣ
Ερευνητικές – Δειγματοληπτικές γεωτρήσεις Ερευνητικές στοές Ερευνητικές τάφροι & σκάματα Γεωφυσικές διασκοπήσεις Ειδικές επί τόπου καταγραφές σε γεωτρήσεις (logging) Eπί τόπου δοκιμές Εργαστηριακές έρευνες και δοκιμές

13 Οικονομική θεώρηση – βέλτιστο κόστος Γεωτ. Ερ.
Από όλο το φάσμα των ερευνών μελετών του αντικειμένου του Πολιτικού Μηχανικού, η ΓΕ από τη φύση της (όπως ήδη έχει αναλυθεί) είναι μεγαλύτερη πηγή αβεβαιοτήτων. Όσο εκτεταμένη (και άρα χρονοβόρα και μεγάλου κόστους) και αν είναι πάντα θα υπάρχουν αμφιβολίες σχετικά με το κατά πόσο, π.χ.: Οι γεωτρήσεις απεικονίζουν τη γεωλογική δομή του υπεδάφους; Τα δείγματα είναι αντιπροσωπευτικά της πολυπλοκότητας των γεωτεχνικών συνθηκών; Οι εργαστηριακές και υπαίθριες δοκιμές μετρούν σωστά τις παραμέτρους των γεωυλικών; Μια συνήθης πρακτική αντιμετώπισης των αμφιβολιών-αβεβαιοτήτων αυτών είναι η αύξηση των συντελεστών ασφαλείας του έργου, που όμως συνεπάγεται αύξηση του κατασκευαστικού κόστους του Έργου αναφοράς της ΓΕ.

14 Η ποσοτική και ποιοτική αύξηση του ερευνητικού προγράμματος της ΓΕ του υπεδάφους αποτελεί την άλλη εναλλακτική λύση. Το κόστος του ερευνητικού προγράμματος αποτελεί αντικείμενο τεχνικών βελτιστοποίησης.

15 ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ* (discontinuities)
σε βραχώδεις σχηματισμούς, βραχόμαζες (μάκρο-ασυνέχειες, ορατές με γυμνό μάτι, μηχανικές ασυνέχειες) σε βραχώδες υλικό (εσωτερικές, μικρο-ασυνέχειες, μη ορατές, συναρτώνται με τη δομή του υλικού) (*) διακοπή της συνέχειας, επιφάνειες / «επίπεδα» (ουσιαστικά ζώνες με δύο επιφάνειες). Η ασυνέχεια οριοθετεί & εκφράζει μια επιμήκη περιοχή αδυναμίας («πτωχών» μηχανικών χαρακτηριστικών) έναντι του βραχώδους υλικού που διατέμνει/διαχωρίζει.

16 ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ* = Βραχώδες ΥΛΙΚΟ + ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ
Ανισότροπη* συμπεριφορά όταν: ΛΙΓΕΣ ασυνέχειες – λίγα τεμάχη Ισότροπη* συμπεριφορά, όταν: ΠΟΛΛΕΣ ασυνέχειες-πολλά τεμάχη (κερματισμός, όπως εδαφική μάζα) Ομοιογενής* ή ανομοιογενής* (είδη πετρωμάτων) Τα Τεχνικά Έργα, κατά κανόνα, κατασκευάζονται επί ή εντός σημαντ. διαστάσεων κερματισμένου-διαταραγμένου συστήματος ΒΡΑΧΟΜΑΖΩΝ (ασυνεχές σύστημα) και ΌΧΙ σε ΑΡΡΗΚΤΟ βράχο (συνεχές σύστημα). Συνεπώς, το θεμελ. σύστημα αναφοράς μας είναι η ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ και στόχος οι τεχν. ιδιότητες (φυσ. + μηχ.) και η τεχν. συμπεριφορά της. ΌΜΩΣ: για να υπολογίσουμε την συμπεριφορά της ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ, πρέπει να υπολογίσουμε ΠΡΩΤΑ εκείνη του άρρηκτου βραχ. ΥΛΙΚΟΥ & των ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ της

17

18 Ι. Βραχώδης γεωλογικός σχηματισμός (από ένα ή περισσότερα είδη- τύπους πετρωμάτων που διαχωρίζονται από ασυνέχειες): Τάξη μεγέθους (κλιμ. αναφοράς): 10’s m., 100’s m., Km’s αποτελείται από μία ή περισσότερες βραχόμαζες (που διαφέρουν ως προς το είδος του πετρώματος, το βαθμό αποσάθρωσης-διάβρωσης, καθεστώς ασυνεχειών, καθεστώς υπ. νερού) ΙΙ. Βραχόμαζα: σύνολο τεμαχών – μπλοκ από άρρηκτο-συνεχές βραχώδες υλικό που διαχωρίζονται από ασυνέχειες (μακρο-ορατές) Τάξη μεγέθους: 10-δες m., 100-δες m. ΙΙΙ. Άρρηκτο βραχώδες υλικό (υλικό ενός είδους πετρώματος): χωρίς μάκρο-ασυνέχειες (μόνο μικρο-ασυνέχειες στα δομικά υλικά του: ορυκτοί κρύσταλλοι ή κόκκοι με συνδετικό υλικό Τάξη μεγέθους μετρήσεων (εργαστηρ. & υπαίθριες): mm, cm, m.

19 ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ* = Βραχώδες ΥΛΙΚΟ + ΑΣΥΝΕΧΕΙΕΣ
Ανισότροπη* συμπεριφορά όταν: ΛΙΓΕΣ ασυνέχειες – λίγα τεμάχη Ισότροπη* συμπεριφορά, όταν: ΠΟΛΛΕΣ ασυνέχειες-πολλά τεμάχη (κερματισμός, όπως εδαφική μάζα) Ομοιογενής* ή ανομοιογενής* (είδη πετρωμάτων) Τα Τεχνικά Έργα, κατά κανόνα, κατασκευάζονται επί ή εντός σημαντ. διαστάσεων κερματισμένου-διαταραγμένου συστήματος ΒΡΑΧΟΜΑΖΩΝ (ασυνεχές σύστημα) και ΌΧΙ σε ΑΡΡΗΚΤΟ βράχο (συνεχές σύστημα). Συνεπώς: το θεμελιώδες σύστημα αναφοράς μας είναι η ΒΡΑΧΟΜΑΖΑ και στόχος οι τεχν. ιδιότητες (φυσ. + μηχ.) και η τεχνική συμπεριφορά της (αντίδραση στην αλλαγή της υφιστάμενης αρχικά εντατικής της κατάστασης δηλ. καθεστώς τάσεων . ΌΜΩΣ: για να υπολογίσουμε την συμπεριφορά της ΒΡΑΧΟΜΑΖΑΣ, πρέπει να υπολογίσουμε ΠΡΩΤΑ εκείνη του άρρηκτου βραχ. ΥΛΙΚΟΥ & των ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ της Προσοχή: Η Τεχν. Συμπ. της Βραχόμαζας ελέγχεται περισσοτ. από το καθεστώς των ΑΣΥΝΕΧΕΙΩΝ!!

20 Οι μηχανικές ασυνέχειες στη Βραχόμαζα
Μεμονωμένες (π.χ. ρήγματα, ρωγματώσεις) ή σε οικογένειες* / ομάδες* (π.χ. διακλάσεις, στρώσεις, σχιστότητα) (*)παράλληλες μεταξύ τους σε κάθε οικογ. / ομάδα Οι συχνότερα απαντούμενες ασυνέχειες στις βραχόμαζες: Διακλάσεις* (ή διαρρήξεις) (joints) αίτια: τεκτονικές κινήσεις ή δομικούς παράγοντες που αναφέρονται στη στερεοποίηση (εκρηξηγενή πετρωμ.), λιθοποίηση ή/και διαγένεση (ιζηματογενή πετρωμ.), μεταμόρφωση (μεταμορφωμένα πετρωμ.), κλπ. Ρήγματα (faults), επίπεδα διάτμησης (shear planes). αίτια: ισχυρές τεκτονικές κινήσεις όπου ένα τέμαχος βραχομάζας κινείται σχετικά με γειτονικό του ρωγματώσεις (fractures) αίτια: φυσικά, π.χ. σεισμούς, γεωμορφολογικές διεργασίες όπως οι κατολισθήσεις & ανθρωπογενή π.χ. εκρηκτικά

21 Στρώση* (Bedding plane)
μόνο στα Ιζηματογενή πετρώμ. ως επιφαν. διαχωρισμού στρωμάτων της βραχόμαζας. Π.χ. ασβεστόλιθος, ψαμμίτης, μάργα, αργιλ. σχιστόλιθος Σχιστότητα (Schistosity) μόνο στα Μεταμορφωμένα πετρώμ. λόγω διαδικασ. σχηματισμού-ψύξης Φύλλωση (Foliation) λόγω προσανατολισμού ορυκτών Στοιχεία ασυνεχειών: Προσανατολισμός, πλήθος, πυκνότητα, συνεχότητα, τραχύτητα, άνοιγμα και παρουσία εδαφικού υλικού και υγρασίας ή ρέοντος νερού