ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Τμήμα Γεωλογίας - Τομέας Γεωλογίας

ΘΡΑΥΣΙΓΕΝΗΣ ΛΙΘΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΤΕΚΤΟΝΙΚΗ

Η θραύση των πετρωμάτων

Όταν τα στερεά σώματα υποβάλλονται σε διαρκώς αυξανόμενη καταπόνηση τότε ορισμένα από αυτά, που στη μηχανική των πετρωμάτων ονομάζονται όλκιμα, παρουσιάζουν μεγάλες πλαστικές παραμορφώσεις. Αντίθετα άλλα πετρώματα γνωστά σαν άκαμπτα, θραύονται απότομα.

Τα περισσότερα πετρώματα εξεταζόμενα σαν μονάδες, όπως επίσης και τα ανώτερα στρώματα της λιθόσφαιρας στο σύνολο τους, συμπεριφέρονται σαν άκαμπτα υλικά. Δηλαδή, κάτω από συνθήκες εντατικής κατάστασης και όταν ξεπεραστεί το όριο ελαστικότητας τους, θραύονται χωρίς να υποστούν σημαντικές παραμορφώσεις.

Στη φύση γενικά η αντοχή των πετρωμάτων είναι μικρότερη σε σχέση προς εκείνη των άρρηκτων πετρωμάτων, λόγω της παρουσίας ασυνεχειών, και για το λόγο αυτό η θραύση συμβαίνει συνήθως πριν ξεπεραστεί το όριο αντοχής τους (ή ελαστικότητας).

Για τα άκαμπτα πολυκρυσταλλικά υλικά, όπως είναι τα πετρώματα, έχουν διατυπωθεί διάφορες απόψεις για τον τρόπο θραύσης τους, οι οποίες είναι γνωστές σαν θεωρίες θραύσης. Οι πιο σημαντικές είναι των Coulomb-Navier, του Mohr και του Griffith. Στις θεωρίες αυτές γίνονται δεκτές δύο παραδοχές: α) ότι τα πετρώματα συμπεριφέρονται σαν γραμμικά ελαστικά σώματα (μέχρι το όριο θραύσης) και β) ότι η θραύση τους είναι το αποτέλεσμα μόνο των τάσεων που αναπτύσσονται σ' αυτά σαν συνέπεια της δράσης εξωτερικών δυνάμεων.

Η θεωρία των Coulomb-Navier ή θεωρία της διατμητικής θραύσης τονίζει ότι η θραύση ενός υλικού, που βρίσκεται σε συνθήκες συμπίεσης, συμβαίνει σαν συνέπεια των διατμητικών τάσεων κατά μήκος ενός επιπέδου, στο οποίο τη στιγμή της θραύσης ισχύει η σχέση:

σ_τ = s_o + μ σ_Ν

όπου

σ_τ: η μέγιστη διατμητική συνιστώσα τάσης

σ_Ν: η κάθετη στο επίπεδο θραύσης συνιστώσα τάσης

s_o και μ : σταθερές του υλικού (s_o: συνοχή του υλικού ή διατμητική αντοχή του και μ: συντελεστής εσωτερικής τριβής του υλικού, για το οποίο ισχύει μ = εφφ, όπου φ η γωνία εσωτερικής τριβής του υλικού) (Σχ. 78).

Σχ. 78. Ανάλυση της εντατικής κατάστασης, που επικρατεί στο επίπεδο διάρρηξης ΑΒ υπό την επίδραση των κυρίων τάσεων σ1 και σ3 . (Κατά Τσουτρέλη 1985).

Σαν γωνία θραύσης (β) ορίζεται η γωνία που σχηματίζει η κάθετος στο επίπεδο θραύσης με τη διεύθυνση της μέγιστης συμπιεστικής τάσης σ₁. Η γωνία θραύσης β και η γωνία εσωτερικής τριβής φ συνδέονται με τη σχέση:

β = π/4 + φ/2

Η γωνία θραύσης (β) είναι ανεξάρτητη από τις αναπτυσσόμενες στο πέτρωμα τάσεις και η τιμή της κυμαίνεται μεταξύ 45^ο και 90^ο.

Σύμφωνα με τη θεωρία θραύσης του Mohr η συνάρτηση διατμητικής και κάθετης συνιστώσας τάσης δεν είναι ευθεία, όπως ορίζεται από την υπόθεση των Coulomb-Navier, αλλά καμπύλη (παραβολή)

σ_τ = f(σ_Ν)

Τέλος, η θεωρία θρύσης του Griffith κάνει ακόμη μια παραδοχή για τα άκαμπτα υλικά, αφού δέχεται την ύπαρξη τυχαία προσανατολισμένων μικρορωγμών στην καταπονούμενη μάζα του άκαμπτου πετρώματος. Η θραύση συμβαίνει, σύμφωνα με την άποψη αυτή, όταν στα άκρα των μικρορωγμών αυτών συγκεντρώνονται ισχυρές εφελκυστικές τάσεις, οι οποίες προκαλούν συνεχή επέκταση των ρωγμών με τελικό αποτέλεσμα τη θραύση του πετρώματος. Οι ρωγμές κατά μήκος των οποίων συμβαίνει η θραύση είναι οι μεγαλύτερες σε μήκος μέσα στη μάζα του υλικού και έχουν τον πιο επικίνδυνο προσανατολισμό σε σχέση με τις εξασκούμενες τάσεις (γωνία θραύσης σύμφωνα με το είδος του υλικού).

Από τις τρεις παραπάνω θεωρίες, η περισσότερο εφαρμόσιμη στην πράξη θεωρείται εκείνη των Coulomb-Navier, αφού για τις περισσότερες περιπτώσεις γίνεται δεκτό ότι η σχέση μεταξύ σ1 και σ3 είναι ευθύγραμμη.

Ιδιαίτερη σημασία για την τεκτονική και κυρίως για τη νεοτεκτονική έχει η θραύση του πετρώματος σε προκαθορισμένο επίπεδο, γιατί οι περισσότερες νέες διαρρήξεις συμβαίνουν κατά μήκος προϋπαρχόντων ασυνεχει-ών που είναι συνήθως παλιά ρήγματα, στρωματογραφικές ασυνέχειες, μεγάλες διακλάσεις κ.ά. Στις περιπτώσεις αυτές η θραύση δεν ακολουθεί το επίπεδο που καθορίζεται από τα μηχανικά χαρακτηριστικά του άρρηκτου πετρώματος, αλλά ακολουθεί το προκαθορισμένο επίπεδο της ασυνέχειας.

Επόμενη Σελίδα