ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6


 

ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΙΣ & ΕΥΣΤΑΘΕΙΑ ΤΕΧΝΗΤΩΝ ΠΡΑΝΩΝ

 

Είδη κατολισθήσεων

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Διάφορες κατολισθήσεις

 

 

 

 

 

 

(Christaras et al., 2002)

 

  

 

     

       

(Christaras et al., 1997)

 

Μαλακάσι Γ & Σήραγγα Μαλακάσι Γ

 

Lesvos 1998

(Christaras, 2000)

 

 

 

Sarno - 1998

(Christaras, 2000)

 

 

 

 


 

Μέθοδοι σταθεροποίησης (Hunt, 1984)

 

Έλεγχος των δυνάμεων που προκαλεί η παρουσία υπόγειου νερού

Μείωση των δυνάμεων ολίσθησης και αύξηση των δυνάμεων συγκράτησης

 

 

 


 

Αύξηση της ευστάθειας πρανών

 

Μέθοδοι αποστράγγισης

Σταθεροποίηση πρανών 

Βαθιές γεωτρήσεις,

Κατακόρυφα στραγγιστήρια,

Υπο-οριζόντια (πλάγια) στραγγιστήρια,

Αποστραγγιστικές σήραγγες,

Αποστραγγιστικές τάφροι

Διαμόρφωση ανάγλυφου.

Μεταβολή της γεωμετρίας του πρανούς: Για μείωση των δυνάμεων ολίσθησης και αύξηση των δυνάμεων συγκράτησης.

Έλεγχος του επιφανειακού νερού: Παροχέτευση του επιφανειακού νερού για μείωση των δυνάμεων αστάθειας λόγω επιφανειακής απορροής.

Έλεγχος του υπόγειου νερού: για μείωση της αστάθειας λόγω πίεσης πόρων και αύξηση της αντοχής του υλικού.

Αντιστήριξη του πρανούς, για αύξηση

δυνάμεων συγκράτησης.


 

Μεταβολή της κλίσης του πρανούς (Hunt, 1984)

 

Φυσικά πρανή

  • Σκληρά μαζώδη πετρώματα: Η μέγιστη γωνία κλίσης και ύψος ενός πρανούς εξαρτώνται από την πυκνότητα και τη διεύθυνση των ασυνεχειών. Η οριακή γωνία κλίσης υψηλών πρανών, σε σκληρό μαζώδη βράχο, με αραιό και τυχαίου προσανατολισμού κατατμητικό σύστημα και χωρίς παρουσία υπόγειου νερού, είναι 70ο.

  • Στρωσιγενή ιζηματογενή πετρώματα: Κλίση ποικίλη, εξαρτώμενη από τον πετρολογικό τύπο, τις κλιματικές συνθήκες, το πάχος του στρώματος, τη διεύθυνση και την πυκνότητα των διακλάσεων και τα υδρογεωλογικά στοιχεία. Κατά μήκος κοιλάδων ποταμών, παρατηρείται πλευρική φυσική εκσκαφή που μεταβάλει το μέγεθος των δυνάμεων ολίσθησης των πρανών.

  • Αργιλικοί σχιστόλιθοι: 8 - 15o, αλλά τα πρανή είναι συχνά είναι ασταθή. Όταν είναι σε στρώση με ψαμμίτες, η γωνία αυξάνει σε 20-45o.

  • Υπολειμματικό έδαφος: 30 - 40o, εξαρτάται από το μητρικό πέτρωμα και την επιφανειακή απορροή.

  • Κολλούβιο: 10 - 20o, αν και συχνά είναι ασταθή.

  • Loess: Often stands vertical to substantial heights.

  • Άμμος: Ξηρή, καθαρή είναι ευσταθής για γωνία βÍf.

  • Άργιλος: Το ύψος εξαρτάται από την πλαστικότητα, τις κατατμήσεις και το ύψος.

  • Αργιλο-αμμώδη εδάφη: Sand-clay mixtures: Συχνά ευσταθή σε γωνίες μεγαλύτερες της «φ», όταν οι δυνάμεις της επιφανειακής απορροής δεν είναι σημαντικές.

 

Τεχνητά εδαφικά πρανή

  • Λεπτό εδαφικός μανδύας επάνω από βράχο: Το έδαφος πρέπει να απομακρύνεται ή να αντιστηρίζεται γιατί δημιουργούνται ασταθείς συνθήκες.

  • Εναλλαγή εδάφους - βράχου: (σκληρό υπολειμματικό έδαφος έως αποσαθρωμένο πέτρωμα) κλίση μεταξύ 1H:2V to 1H:1V (63 to 45o) ενώ πρέπει να αναμένονται δυνητικές ολισθήσεις κατά μήκος των ασυνεχειών.

  • Τα περισσότερα εδαφικά τεχνητά πρανή ισορροπούν σε μέση γωνία  2H:1V (26o) αλλά πρέπει να δίνεται προσοχή στην επιφανειακή και απορροή και την παρουσία υπόγειου νερού καθώς και στις υπόλοιπες φυσικές και περιβαλλοντικές παραμέτρους, ώστε να διαπιστωθεί αν είναι απαραίτητη η αντιστήριξη.Πρανή μεταξύ αναβαθμίδων μπορούν να έχουν μεγαλύτερη κλίση.

  • Τα τεχνητά πρανή συνήθως σχεδιάζονται με αναβαθμίδες: Ιδίως όταν είναι υψηλότερα των 8-10 m.

  • Στραγγιστήρια τοποθετούνται, ως συνήθης πρακτική, κατά μήκος (κάθετα) των πρανών και των αναβαθμίδων για διευκόλυνση της αποστράγγισης.

 

Τεχνητά πρανή σε βράχο

  • Πρανή σε σκληρά (υγιή) πυριγενή και μεταμορφωμένα πετρώματα, με αραιό κατατμητικό σύστημα, συνήθως  κατασκευάζονται με κλίση 1H:4V (76o).

  • Σκληρά πετρώματα, με διακλάσεις, ζώνες διάτμησης ή στρώση, με σημαντικές ασυνέχειες που βυθίζονται ομόρροπα με το πρανές, εκσκάπτονται κατά τη διεύθυνση της κλίσης της ασυνέχειας ενώ όλα τα χαλαρά υλικά πρέπει να απομακρυνθούν μέχρι  τον υγιή βράχο. Αν η γωνία κλίσης είναι πολύ μικρή, για οικονομικά συμφέρουσα εκσκαφή, τα πλακώδη τεμάχη του βράχου μπορούν να συγκρατηθούν με αγκύρωση.

  • Σκληρά ιζηματογενή πετρώματα με στρώση που βυθίζονται κάθετα και παράλληλα στο μέτωπο του πρανούς ή μέσα στο πρανές, ή εναλλαγή οριζόντιων σκληρών ψαμμιτών και αργίλων, εκσκάπτονται συνήθως με γωνία  1H:4V. Στην περίπτωση αυτή όμως οι άργιλοι πρέπει να προστατεύονται από την αποσάθρωση με εκτοξευμένο, ιδίως αν παρατηρούνται φαινόμενα διόγκωσης.

  • Αργιλικοί σχιστόλιθοι (εκτός της περίπτωσης εναλλαγής με ψαμμίτη) εκσκάπτονται με γωνία κλίσης πρανών 6H:1V (9.5o).

  • Πρανή σε αποσαθρωμένα πετρώματα με πυκνό κατατμητικό σύστημα (εκτός των αργιλικών σχιστόλιθων και περιπτώσεων ομόρροπης προς το πρανές βύθισης  κατατμήσεων, απαιτούν γωνία κλίσης κατασκευής μεταξύ 1H:2V to 1H:1V (63 to 45o) ή χρειάζονται αντιστήριξη.

 


 

Γωνία κλίσης πρανούς ξηρής άμμου

 

 

 

 

 

 


 

Πρανή μεγάλου ύψους με ομοιόμορφη κλίση (Dunn et al, 1980)
 

Χαλαρά εδάφη χωρίς την παρουσία υδροφόρου στρώματος

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Η κάθετη ενεργός τάση σ, ισούται:

 

 

 

 

 

 

 

Η διατμητική αντοχή ισούται:

 

 

Άρα: για c=0, η συνθήκη ευστάθειας είναι tanφ>=tanβ

 

 

Χαλαρά εδάφη με παρουσία υδροφόρου στρώματος

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

Άρα, για συνήθη εδάφη όπου γ @ 2 Þ σε συνθήκες κορεσμού το χαλαρό πρανές παραμένει ευσταθές για tanβ £ (1/2) tan φ

 

 

Συνεκτικά εδάφη με παρουσία υδροφόρου στρώματος

 

 

 

(Διατμητική αντοχή εδάφους)

 

 

 

 

 

 

 

 

Άρα, η συνθήκη ευστάθειας του πρανούς θα είναι:

 

 

 

 

 

ή

 

 

 

 

 

 

 

Μέγιστο ύψος πρανούς, συνεκτικού εδάφους, χωρίς αντιστήριξη:

 

 

 

 

 


 

Πρανή μεγάλου ύψους με ομοιόμορφη κλίση και υπόγεια υδατική ροή

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Πρανές μεγάλου ύψους με ομοιόμορφη κλίση

1. Πρανές ξηρής άμμου:

 

 

 

2. Πρανές άμμου με ελεύθερη επιφάνεια ροής στην επιφάνεια του εδάφους

 

 

 

Το πρανές αστοχεί για γωνία

 

 

 

3. Πρανές άμμου με ροή:

(α). Όταν

 

Το πρανές δεν αστοχεί

   

(β). Όταν

Το πρανές αστοχεί σε βάθη μεγαλύτερα από:

 

 

4. Πρανές συνεκτικού υλικού σε ροή:

Το κρίσιμο βάθος και ο συντελεστής ασφάλειας μειώνονται όταν η στάθμη του υδροφόρoυ ορίζοντα είναι υψηλότερη (δηλαδή όσο μειώνεται το zw)
 


 

Μέθοδοι λωρίδων

 




 


 

Τεχνητά πρανή σε συνεκτικά εδάφη

 

Σουηδική μέθοδος ή Μέθοδος Fellenius (1927)
 αi = θi στις (n-1) διεπιφάνειες μεταξύ των λωρίδων. Δηλαδή (n-1) παραδοχές αντί των (n-2).



Απλοποιημένη μέθοδος Bishop (1955)
αi=0 στις (n-1) διεπιφάνειες μεταξύ των λωρίδων

Κατακόρυφη εκσκαφή (σε αργιλικό έδαφος) παραμένει ευσταθής μέχρι βάθος ( ή ύψος μετώπου):

 


 

Τεχνητά πρανή σε συνεκτικά εδάφη - Μέθοδος Taylor (1948)

 

 


 

Βιβλιογραφία κεφαλαίου

  • Bishop, A.W. (1955). The use of the slip circle in the stability analysis of slopes. Geotechique, Vol. 1, pp. 7-17.
  • Christaras, B., Zouros, N., Makedon, Th. & Dimitriou, An. (1997): Adverse geotechnical conditions in road construction. Sections of the new Egnatia highway across Pindos mountain range (N. Greece) Intern. Symp. of IAEG, «Engineering Geology and the Environment», Athens, Balkema Publ. pp. 2639-2646
  • Christaras, B., Mariolakos, I., Dimitriou, A., Moraiti E. & Mariolakos, D. (2002), «Slope Instability at Olympia Archaeological Site, in S. Greece» - Int. Symp. UNESCO “Landslides Risk Mitigation and Protection of Cultural and Natural Heritage”, Kyoto, pp. 339-342.
  • Christaras, B., Zouros N. & Marinos P. (2000). Heavy rain and mass movements in pyroclactic formations. Examples from Sarno (Italy) and Lesvos Island (Greece). Geoeng2000, An International Conference on Geotechnical & Geological Engineering, Melbourne, SNES0398.PDF, in CD.
  • Fellenius, W. (1927). Erdstatishe Berechnungen. W. Ernst und Sohn Berlaq, Berlin, 40p
    Dunn, I. S., Anderson, L. R. & Kiefer, F. W. (1980). Fudamentals of geotechnical analysis. John Wiley & Sons, New York, 414p.
  • Hunt, R. (1984). Geotechnical engineering investigation manual. McGraw-Hill Book Co., New York, 983p.
  • Taylor, D. W. (1948). Fudamentals of Soil Mechanics. McGraw-Hill Book Co., New York, 700p.
     

 

Σχεδιασμός & Τεχνική Επιμέλεια: Σωτήρης Π. Σμπόρας