Οι κατολισθήσεις συνδέονται με τη μετακίνηση μαζών ασταθούς εδάφους λόγω κάποιων παραγόντων προετοιμασίας:
- Συνθήκες, που επηρεάζουν τις κατολισθήσεις:
- Μορφολογικοί παράγοντες: γεωμετρία των πράνων (π.χ. το ύψος τους, το μήκος τους, το σχήμα, τοποθεσία των πράνων)
- Γεωλογικοί παράγοντες: φύση των υλικών σε κάθε έδαφος ή η λιθολογία (π.χ. λάσπη, ασβεστόλιθος, ελαφριά υλικά) η δομή και οι ασυνέχειες (όπως για παράδειγμα κλινοσκέπασματα, σχιστότητα και διαχωρισμός πλακών, ρήγματα και σχισμές)
- Μορφολογία τους εδάφους: όπως τα δάση, φυσικές πεδιάδες, βοσκότοποι, καλλιεργήσιμες περιοχές, καλλιέργειες, φυσικά πετρώματα.
- Παράγοντες, που πυροδοτούν τις κατολισθήσεις:
- Φυσικές διεργασίες: μεταξύ αυτών οι σεισμοί, ηφαιστειακές εκρήξεις, κλιματικές συνθήκες (ανώμαλες βαριές βροχοπτώσεις, λιώσιμο των πάγων, παγωνιά και ζέστη)
- Γεωμορφολογικές διεργασίες: όπως η διάβρωση, η εναπόθεση και η συγκέντρωση των ποταμών ή των κυμάτων στην άκρη της πλαγιάς
- Τεχνητές διεργασίες: μεταξύ αυτών ισοπέδωση των δρόμων, δόνηση, αποψίλωση των δασών, εξορύξεις ή γεωτρήσεις, ανασκαφή, κατασκευή δρόμων, εξορύξεις στα ορυχεία και λατομία.
Τα αίτια των κατολισθήσεων είναι συνεπώς γενικά πολύπλοκα, μία συγκυρία πολλών παραγόντων.
Τα αίτια χωρίζονται και αυτά σε δύο κατηγορίες: εσωτερικά και εξωτερικά αίτια.
- Εσωτερικά αίτια τα οποία σχετίζονται με ανασταλτικές δυνάμεις
- Οδηγούν στην πτώση των πλαγιών χωρίς την παρέμβαση αντιληπτών αλλαγών στην επιφάνια του εδάφους. Είναι στην πραγματικότητα οι αιτίες που μειώνουν την ένταση των διάφορων υλικών. Οι εσωτερικές αιτίες, που επηρεάζουν την αστάθεια μιας πλαγιάς είναι γεωλογικοί και μορφολογικοί παράγοντες και κλιματικές συνθήκες.
- Εξωτερικά αίτια τα οποία σχετίζονται με κινητήριες δυνάμεις (π.χ. βαρύτητα, βροχόπτωση, πίεση).
- Καθορίζουν την αύξηση των φορτίων διάτμησης με λίγο ή πολύ εμφανείς μεταβολές της μορφολογίας του πρανούς. Από όλες τις διεργασίες οι ακόλουθες είναι οι πλέον σημαντικές: υποσκάπτουσα από ρου υδάτων ή λόγω εκσκαφών για διάνοιξη δρόμου, εκμετάλλευση λατομείων ή υπαίθριων ορυχείων, υπερφόρτιση, αφαίρεση πλευρικής στήριξης, πλευρική πίεση, τεκτονική δραστηριότητα, επίδραση βλάστησης.
Μια πλαγιά είναι σταθερή όταν οι αντιστασιακές δυνάμεις είναι μεγαλύτερες οι ίσες με τις κινητήριες (ή ασταθείς δυνάμεις). Η αναλογία μεταξύ των αντιστασιακών δυνάμεων και των κινητήριων αποτελεί τον Ασφαλή Παράγοντα. Είναι γενικώς αποδεκτό ότι αυτό αποτελεί το κριτήριο για τη σταθερότητα μιας πλαγιάς.
Solà d’Andorra la Vella (Andorra)
Εικόνα 2: Στις 20 Απριλίου 2008, κατά τη διάρκεια βαριάς βροχόπτωσης, μία βραχομάζα αποκολλήθηκε από ένα όγκο βράχων (φώτο. πάνω) δημιουργώντας εκατοντάδες θραύσματα. Τα δύο μεγαλύτερα τεμάχια υπερπήδησαν τον φράχτη, που βρισκόταν στο πόδι του πρανούς, και το ένα από τα δύο έπεσε πάνω σε ένα θερμοκήπιο (φώτο. D. Castaldini, Σεπτέμβριος 2008)
(photo by http://www.ansa.it/)
Εικόνα 3: Φιγούρα 1. Η κατολίσθηση κοντά στη νότια ιταλική πόλη Maierato (Calabria περιοχή) που συνέβηκε στις 15 Φεβρουαρίου 2010, η οποία προκλήθηκε από τη βαριά βροχόπτωση. Δεν αναφέρθηκαν κανένας θάνατος ή τραυματισμός, αλλά περίπου 2300 κάτοικοι της πόλης αναγκάστηκαν να εγκαταλείψουν τα σπίτια τους, όταν ένα μέρος του λόφου έσπασε και έθαψε τα σπίτια τους κάτω από χαλίκια και συντρίμμια. Αν και δεν υπήρχαν τραυματισμοί ή θάνατοι, ανακουφισμένοι οι εργάτες περιέγραψαν το μέρος ως μια «αποκαλυπτική» απογοήτευση και δήλωσαν, πως το Maierato μετατράπηκε σε μια «πόλη φάντασμα». Σε ένα βίντεο από την κατολίσθηση φαίνεται το μέρος της πλαγιάς, το οποίο αρχίζει σιγά-σιγά να κινείται (δες το βίντεο στο: http://daveslandslideblog.blogspot.com/2010/02/watch-this-extraordinary-landslide.html)
Οι κατολισθήσεις συνδέονται με την μετακίνηση μαζών ασταθούς εδάφους λόγω κάποιων παραγόντων προετοιμασίας και υπό την επίδραση παραγόντων πυροδότησης.
- Παράγοντες προετοιμασίας
- μορφολογικά στοιχεία: γεωμετρία πρανούς (π.χ. το ύψος, το μήκος, το σχήμα, η γωνία και η μορφή του)
- γεωλογικά στοιχεία: φύση υλικών εδάφους ή λιθολογία (π.χ. άργιλος, ασβεστόλιθος, αδύναμα υλικά, διαβρωμένα υλικά κ.λπ.), δομή και ασυνέχειες (επίπεδα στρώσεων, σχιστότητα και γράμμωση επιφανειών, αστοχίες, ρωγμές, κ.λπ.)
- Κάλυψη εδάφους: δάσος, φυσικό γρασίδι, βοσκότοπος, αρόσιμη γη, μόνιμες καλλιέργειες, γυμνοί βράχοι, κ.λπ.
- Παράγοντες πυροδότησης:
- φυσικές διεργασίες, όπως σεισμοί, εκρήξεις ηφαιστείων, κλιματικές συνθήκες (αφύσικα βαριές βροχοπτώσεις, τήξη χιονιού και παγετώνων, κ.λπ.) Ο ρόλος του νερού είναι πολύ σημαντικός αλλά ποικίλει
- Γεωμορφολογικές διεργασίες: Διάβρωση από ποταμούς ή κύματα στην απόληξη του πρανούς, Απόθεση, φόρτιση, κ.λπ.
- Τεχνητές διεργασίες, όπως διάνοιξη ορυγμάτων, δόνηση, αποψίλωση, εκμετάλλευση υλικών ή υπογείων νερών, ανασκαφές, κατασκευή δρόμων, ορυχεία και λατομία, φόρτιση, κ.λπ.
Τα αίτια των κατολισθήσεων είναι συνεπώς γενικά πολύπλοκα, μία συγκυρία πολλών παραγόντων. Τα αίτια χωρίζονται και αυτά σε δύο κατηγορίες: εσωτερικά και εξωτερικά αίτια.
Συνήθως τα αίτια χωρίζονται και αυτά σε δύο κατηγορίες:
- Εσωτερικά αίτια τα οποία σχετίζονται με τις δυνάμεις αντίστασης.
- Οδηγούν στην αστοχία του πρανούς χωρίς την παρέμβαση αντιληπτών αλλαγών στην επιφάνεια. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για αίτια που μειώνουν τις δυνάμεις διάτμησης των υλικών. Τα εσωτερικά αίτια από τα οποία εξαρτάται η σταθερότητα του πρανούς είναι γεωλογικοί παράγοντες, μορφολογικοί παράγοντες και κλιματικές συνθήκες.
- Εξωτερικά αίτια τα οποία σχετίζονται με τις κινητήριες δυνάμεις (π.χ. βαρύτητα, νερό μέσω της ροής, πίεση).
- Καθορίζουν την αύξηση των φορτίων διάτμησης με λίγο ή πολύ εμφανείς μεταβολές της μορφολογίας του πρανούς. Από όλες τις διεργασίες οι ακόλουθες είναι οι πλέον σημαντικές: αναποδιστική διάβρωση από ρου υδάτων ή λόγω εκσκαφών για διάνοιξη δρόμου, εκμετάλλευση λατομείων ή υπαιθρίων ορυχείων, υπερφόρτιση, αφαίρεση πλευρικής στήριξης, πλευρική πίεση, τεκτονική δραστηριότητα, επίδραση βλάστησης.
Ένα πρανές είναι σταθερό όταν οι δυνάμεις αντίστασης είναι μεγαλύτερες ή ίσες με τις κινητήριες δυνάμεις. Ο λόγος μεταξύ δυνάμεων αντίστασης και κινητήριων δυνάμεων ονομάζεται Συντελεστής Ασφάλειας
photo by http://www.ansa.it/)
Fig. 1. The landslide near the southern Italian town of Maierato (Calabria region) which occurred on 15th february 2010 caused by heavy rains. No deaths or injuries have been reported, but about 2300 residents of the town were forced to evacuate when a section of hillside broke off burying their homes under rubble and debris. Though there were no injuries or deaths, relief workers on the scene described ”apocalyptic” devastation and said that Maierato had been reduced to a ”ghost town”. A video of the landslide shows the hillside slowly moving forward (e.g. see video at: http://daveslandslideblog.blogspot.com/2010/02/watch-this-extraordinary-landslide.html)
Ο ρόλος του νερού είναι πολύ σημαντικός αλλά ποικίλει. Πρώτα επηρεάζει την κατάσταση ή την συνοχή των υλικών, για παράδειγμα, στον άργιλο με την αύξηση της ικανότητας κατακράτησης νερού, το υλικό περνά από στερεά σε πλαστική κατάσταση. Στη συνέχεια, το νερό μεταφέρει υλικά. Η τελευταία και πιο σημαντική δράση είναι ότι ενεργεί στα υπόγεια ύδατα μέσω της άνωσης του Αρχιμήδη (Terzaghi’s law), η οποία ανασηκώνει ή ελαφρύνει το έδαφος (Terzaghi, 1950).
Στο έδαφος, η Αρχή του Αρχιμήδη χαρακτηρίζεται από μείωση της αποτελεσματικής φυσιολογικής φόρτισης (η οποία μεταδίδεται μέσω του σκελετού του στερεού εδάφους). Το έδαφος γίνεται πιο ελαφρύ και το ειδικό και το φαινόμενο βάρος είναι: g – gw = g’ Οι συνέπειες για τα πρανή είναι η μείωση των δυνάμεων τριβής κατά μήκος της επιφάνειας ολίσθησης, η οποία δημιουργεί την μετακίνηση.
Ο κάθε ένας μπορεί να παρατηρήσει το φαινόμενο αυτό στην μπανιέρα του σπιτιού του ή στην πισίνα!
Κατακόρυφη ενεργή τάση
Λόγω της μείωσης της κατακόρυφης ενεργούς τάσης στην επιφάνεια του μπάνιου με το σώμα, ο άνθρωπος μπορεί να κινείται με ευκολία και να πέσει στο νερό!!
Μπορούμε να εκτιμήσουμε τον ρόλο του νερού μελετώντας προηγούμενες κλιματικές συνθήκες, τόσο πρόσφατες όσο και παλιές, οι οποίες θα συμβάλουν στην τροφοδότηση των υπόγειων υδάτων (βλέπε περίπτωση μελέτης: Villerville-Cricqueboeuf landslide IS MISSING).
Aπό Alessandro Pasuto1, Mauro Soldati2, & Doriano Castaldini2
1 CNR – IRPI Padova (Italy)
2 Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Modena e Reggio Emilia (Italy)
Αναφορικά με τα αίτια των μετακινήσεων της μάζας, αυτά μπορούν να χωριστούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες:
- εσωτερικά αίτια: Οδηγούν στην αστοχία του πρανούς χωρίς την παρέμβαση αντιληπτών αλλαγών στην επιφάνεια. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για αίτια που μειώνουν τις δυνάμεις διάτμησης των υλικών.
- εξωτερικά αίτια: Καθορίζουν την αύξηση των φορτίων διάτμησης με λίγο ή πολύ εμφανείς μεταβολές της μορφολογίας του πρανούς.
Φυσικά, οι παράγοντες που ανήκουν στις δύο αυτές κατηγορίες μπορούν να συνδυαστούν σε μεγάλο βαθμό ώστε να μην ανήκουν σε κάποια συγκεκριμένη ταξινόμηση.
Ας δούμε τώρα με περισσότερες λεπτομέρειες τα εσωτερικά αίτια από τα οποία εξαρτάται η σταθερότητα του πρανούς.
- Γεωλογικοί παράγοντες.
- Μορφολογικά στοιχεία.
- Κλιματικές συνθήκες.
Αναφορικά με τα εξωτερικά αίτια τα οποία καθορίζουν την αύξηση των φορτίων διάτμησης, οι διαδικασίες αυτές προκαλούν μεταβολές στην γεωμετρία του πρανούς, ιδίως με την αύξηση της κλίσης. Από όλες τις διεργασίες οι ακόλουθες είναι οι πλέον σημαντικές: αναποδιστική διάβρωση από ρου υδάτων ή λόγω εκσκαφών για διάνοιξη δρόμου, εκμετάλλευση λατομείων ή υπαιθρίων ορυχείων, υπερφόρτιση, αφαίρεση πλευρικής στήριξης, πλευρική πίεση, τεκτονική δραστηριότητα, επίδραση βλάστησης.
Τα εξωτερικά αίτια σχετίζονται με τις κινητήριες δυνάμεις (γεωμετρικές αλλαγές, αποφόρτιση, φόρτιση, κρούσεις και δονήσεις). Καθορίζουν την αύξηση των φορτίων διάτμησης με λίγο ή πολύ εμφανείς μεταβολές της μορφολογίας του πρανούς.
Τα εσωτερικά αίτια σχετίζονται με τις δυνάμεις αντίστασης (προοδευτική αστοχία, διάβρωση, διάβρωση της ακτής, αλλαγή στο σύστημα υδάτινων πόρων). Οδηγούν στην αστοχία του πρανούς χωρίς την παρέμβαση αντιληπτών αλλαγών στην επιφάνεια. Πιο συγκεκριμένα, πρόκειται για αίτια που μειώνουν τις δυνάμεις διάτμησης των υλικών.
Γεωλογικοί παράγοντες
Ορίζονται από όλα τα βασικά χαρακτηριστικά ενός πρανούς, και πρώτα από όλα η λιθολογία η οποία περιλαμβάνει τόσο την ορυκτολογική σύνθεση των πετρωμάτων όσο και την σύνθεση της υφής της δομής της. Τα πετρώματα που επηρεάζονται περισσότερο είναι τα αργιλικά πετρώματα, τόσο τα πετρώματα πρωτογενούς προελεύσεως όσο και αυτά που προέρχονται από την διάβρωση των ηφαιστειογενών υλικών. Τα αργιλικά εδάφη επηρεάζονται ιδιαίτερα από φαινόμενα αστάθειας όπως τα ακόλουθα.
Σχ. 1: Επιφανειακή ολίσθηση γαιών (Soil slip) σε διαβρωμένα ηφαιστειογενή υλικά στο S. Cassiano, Dolomites, E Alps, Ιταλία (φωτο. M. Marchetti)
Σχ. 2: Ροή γαιών σε αργιλικά υλικά στο Torrent Tiepido valley, Βόρεια Απέννινα, Ιταλία (φωτο. D. Castaldini)
Επίσης η δομή του σχηματισμού είναι πολύ σημαντική. Για παράδειγμα, Σχηματισμοί που δημιουργούνται από εναλλασσόμενα στρώματα, όπως η φλύσχη, όπου κάποια είδη πετρωμάτων με showing ελατή μηχανική συμπεριφορά επικαλύπτουν εύθραυστα πετρώματα, συνήθως προκαλούν μεγάλης έκτασης κατολισθήσεις.
Επίσης οι ασυνέχειες, τόσο οι πρωτογενείς (επίπεδα στρώσεων) όσο και οι δευτερογενείς (σχιστότητα και γράμμωση επιφανειών), διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην γεωμηχανική συμπεριφορά των υλικών, ιδίως σε σχέση με τις μετακινήσεις μαζών όπως η συμπεριφορά των στρωμάτων (βαθιές λεκάνες μικρής κλίσης στην κατάντη συνήθως έχουν περισσότερες πιθανότητες να δημιουργήσουν ολίσθηση από τις λεκάνες στην ανάντη).
Φυσικά, όλα αυτά τα εγγενή χαρακτηριστικά των υλικών μπορούν να υποστούν αλλαγές ποικίλης έντασης και ταχύτητας κατά τα στάδια εξέλιξης ενός πρανούς. Στην πραγματικότητα, ορισμένα είδη διεργασιών τα οποία τροποποιούν σε κάποιο βαθμό τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των υλικών, μπορούν να μειώσουν τις δυνάμεις διάτμησης.
Εκτός τους γεωλογικούς παράγοντες θα πρέπει επίσης να εξετάσουμε και την τεκτονική ιστορία του πρανούς. Η παρουσία σημαντικών δομικών ασυνεχειών όπως οι αστοχίες, οι ρωγματώσεις, η διάσπαση, οι διακλάσεις, το κάτοπτρο ρήγμα ή ακόμα και οι πτυχές, fault-folds κ.λπ. δημιουργούν αδυναμία στους εσωτερικούς δεσμούς και έτσι το πρανές έχει περισσότερες πιθανότητες να δημιουργήσει κατολισθήσεις.
Σχ. 4: Πτώση βράχων (δεξιά) σε ρηγματωμένο ηφαιστειακό σχηματισμό (αριστερά) στο Bletterbach Gorge, Βόρεια Ιταλία (φωτο. D. Castaldini)
Μορφολογικά χαρακτηριστικά.
Κατ’αρχάς περιλαμβάνουν την γεωμετρία του πρανούς, δηλαδή το ύψος, το μήκος, το σχήμα, την γωνία κλίσης και την μορφή. Η επίδραση της γωνίας του πρανούς είναι φανερή ως προς την σταθερότητά της. Πράγματι, τα πολύ απότομα πρανή είναι και πιο ασταθή. Αλλά και τα πρανή με μικρή κλίση μπορούν να δώσουν ορισμένα είδη κατολισθήσεων, όπως τις ροές.
Κλιματικές συνθήκες.
Αν και υπάρχουν αρκετοί παράμετροι που διαδραματίζουν κάποιον ρόλο στην πυροδότηση της κατολίσθησης, ο πλέον σημαντικός παράγοντας είναι αναμφίβολα η βροχόπτωση. Η βροχόπτωση δεν πρέπει να μελετηθεί μόνο ως το βροχομετρικό φαινόμενο πυροδότησης (λαμβάνοντας έτσι υπόψη μόνο την έντασή της) αλλά και ως η ποσότητα της βροχής που πέφτει και συσσωρεύεται μέσα σε συγκεκριμένη περίοδο (λαμβάνοντας υπόψη επίσης τον χρόνο). Εάν η ταχύτητα διήθησης είναι μικρή, η διάρκεια της βροχόπτωσης θα πρέπει να είναι σημαντική για να πυροδοτήσει την κίνηση. Αντιθέτως, σε εδάφη που χαρακτηρίζονται από υψηλή υδραυλική αγωγιμότητα, η ένταση της βροχόπτωσης είναι υψίστης σημασίας. Ο ρόλος του νερού κυρίως έγκειται στην αύξηση της υδροστατικής πίεσης των πόρων, η οποία δημιουργείται με διακυμάνσεις των επιπέδων των υπογείων νερών. Η κυκλότητα των αλλαγών αυτών είναι καθοριστικός παράγοντας στην αποδυνάμωση των εσωτερικών δεσμών των υλικών που αποτελούν τα πρανή. Η επίδραση των διαφόρων ειδών βροχόπτωσης είναι φυσικά διαφορετική ανάλογα με τον τύπο της κατολίσθησης.
Συνεπώς, οι έντονες και σύντομες βροχοπτώσεις επιδρούν ιδιαίτερα αποτελεσματικά στην πυροδότηση μετακινήσεων σε περιορισμένο χώρο, όπως η ροή κορημάτων, η ολίσθηση γαιών, η λασποροή, ενώ οι παρατεταμένες βροχοπτώσεις προκαλούν κυρίως ολισθήσεις και φαινόμενα σύνθετων κινήσεων.
Σχ. 6: Παραδείγματα ροής κορημάτων και ολίσθησης γαιών, έπειτα από περίοδο έντονων βροχοπτώσεων το 1994, οι οποίες προκάλεσαν κλείσιμο δρόμων στην περιοχή Piemonte, Βορειοδυτική Ιταλία) (φωτο. F. Luino)
Αναφορικά με τα εξωτερικά αίτια τα οποία καθορίζουν την αύξηση των φορτίων διάτμησης, οι διαδικασίες αυτές προκαλούν μεταβολές στην γεωμετρία του πρανούς, ιδίως με την αύξηση της κλίσης. Από όλες τις διεργασίες οι ακόλουθες είναι οι πλέον σημαντικές: αναποδιστική διάβρωση από ρου υδάτων ή λόγω εκσκαφών για διάνοιξη δρόμου, εκμετάλλευση λατομείων ή υπαιθρίων ορυχείων, υπερφόρτιση, αφαίρεση πλευρικής στήριξης, πλευρική πίεση, τεκτονική δραστηριότητα, επίδραση βλάστησης.
Η γεωμετρία του πρανούς μπορεί επίσης να αλλάξει λόγω φαινομένων που συντελούνται υπογείως: για παράδειγμα, ο σχηματισμός μεγάλων κοιλοτήτων λόγω ορυκτών χημικών διαλυμάτων ή της πίεσης ελατών υλικών.
Η υπερφόρτιση είναι ένα άλλο φαινόμενο που επιφέρει αύξηση στα φορτία διάτμησης. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω δύο φυσικών αιτιών, όπως ο διαποτισμός του εδάφους από βροχή ή χιόνι, συσσώρευση υλικών από ηφαιστειακές εκρήξεις, χιονοστιβάδες, ροή κορημάτων ή άλλες μετακινήσεις, είδη βλάστησης κ.λπ., ή ανθρώπινες δραστηριότητες όπως για παράδειγμα οι επιχωματώσεις, οι οικοδομές ή άλλες κατασκευές, η συσσώρευση απορριμμάτων από ορυχεία και λατομεία ή οι λιμναίες αποθέσεις ή οι τεχνητές δεξαμενές.
Επίσης η αφαίρεση της πλευρικής στήριξης ασκεί μία αντίθετη έλξη στο πρανές, η οποία θα μπορούσε να προκαλέσει αστάθεια. Για παράδειγμα, η απόσυρση ενός παγετώνα είναι ένα από τα πιο συνήθη αίτια που δημιουργούν μεγάλες κατολισθήσεις στις Άλπεις. Στην κατηγορία αυτή θα πρέπει να προσθέσουμε και τα τεκτονικά φαινόμενα όπως οι δραστηριότητες κατά μήκος επιπέδων ρήγματος και καταβυθίσεων, εκτός από τις μετακινήσεις που οφείλονται στην βαρύτητα. Είναι πράγματι εμφανές ότι η αποκόλληση ενός μέρους του πρανούς προκαλεί στα υλικά ανακατανομή των φορτίων, η οποία ενδέχεται να προκαλέσει νέα μετακίνηση.
Ένας άλλος παράγοντας που θα μπορούσε να συμβάλλει στην ανάπτυξη μετακινήσεων μάζας είναι η πλευρική πίεση. Η πίεση αυτή προκαλείται από το νερό που διεισδύει στις διακλάσεις ή από τον πάγο. Επίσης οι διογκώσεις που οφείλονται στην ενυδάτωση θα μπορούσαν να ασκήσουν σημαντικές πλευρικές πιέσεις καθώς και η μετακίνηση υπολειπόμενων τεκτονικών φορτίων.
Η τεκτονική δραστηριότητα θα μπορούσε να αποτελέσει το άμεσο αίτιο μετακινήσεων πρανών σε περίπτωση τοπικής ανατροπής ή άνωσης. Στην περίπτωση αυτή, η τεκτονική διεργασία επιδρά μέσω της αύξησης της κλίσης του πρανούς. Τέλος, οι επιφανειακές παραμορφώσεις που δημιουργήθηκαν λόγω ηφαιστειακής διεργασίας μπορεί να αυξήσει το φορτίο διάτμησης ενός πρανούς ακόμα και σε τοπικό επίπεδο.
Θα πρέπει να γίνει ξεχωριστή συζήτηση για τις σεισμικές δονήσεις και άλλα παροδικά φορτία όπως δονήσεις που προκαλούνται από μηχανήματα, εκρήξεις, πτώσεις βράχων κ.λπ. Τα γεγονότα αυτά μπορούν να προκαλέσουν αύξηση και μείωση, τουλάχιστον προσωρινή, του φορτίου διάτμησης των υλικών. Η μείωση του φορτίου διάτμησης μπορεί να προκαλέσει φαινόμενα όπως η υγροποίηση που προκαλείται από ξαφνική κυκλική αύξηση της υδροστατικής πίεσης των πόρων με συνέπεια την άμεση μείωση της αντίστασης του εδάφους και την κατάρρευση του πρανούς. Αυτό συμβαίνει πολύ συχνά σε μετρίου ή λεπτού πάχους τα οποία είναι κορεσμένα και χωρίς συνοχή όπως ο άμμος, η ιλύς, ο άργιλος κ.λπ. Αντιθέτως, Η αύξηση του φορτίου διάτμησης συνδέεται τόσο με τις επιταχύνσεις στις οποίες υποβάλλονται τα υλικά με τις δονήσεις όσο και την προσωρινή αύξηση της γωνίας κλίσης των ασταθών πρανών.
Μία από τις πρώτες κατολισθήσεις που πυροδοτήθηκε από σεισμό καταγράφηκε το 372-373 π.Χ. όταν η Ελίκη, πόλη στα βόρεια της Πελοποννήσου, καταποντίστηκε μετά από σεισμό.
Χιλιάδες άλλα παραδείγματα καταγράφηκαν κατά τους αρχαίους αλλά και πρόσφατους χρόνους. Για παράδειγμα, ο σεισμός στο Friuli (ανατολική Ιταλία) στις 6 Μαΐου, 1976, μεγέθους 6.4 και έντασης IX-X (της κλίμακας Mercalli), προκάλεσε πολλές κατολισθήσεις. Πρόκειται κυρίως για πτώση βράχων και σε μικρότερο βαθμό ολισθήσεις τεμάχων.
Σχ. 11: Κατολισθήσεις που προκλήθηκαν κατά τον σεισμό του Friuli (βορειοανατολική Ιταλία) στις 6 Μαΐου, 1976, μεγέθους 6.4 και έντασης IX-X (φωτο. M. Panizza)
Σχ. 12: Κατολισθήσεις που προκλήθηκαν κατά τον σεισμό στην Campania και Basilicata (Νότιο Ιταλία) στις 23 Νοεμβρίου 1980, μεγέθους 6.8, και έντασης X (φωτο. M. Panizza)
Τέλος, η επίδραση της βλάστησης στην ευστάθεια των πρανών μπορεί να είναι διπλή: μερικές φορές ενισχύει την ευστάθεια μειώνοντας την δράση των κλιματικών παραγόντων στα πρανή, προστατεύοντας το έδαφος από βροχοπτώσεις, ανέμους και την ηλιοφάνεια, κατακρατεί σημαντικές ποσότητες βρόχινου νερού με τα φύλλα, τα κλαδιά κ.λπ., και αποβάλλει το νερό με την ολική εξατμισοδιαπνοή. Επίσης μειώνει την διάβρωση και την επιφανειακή απορροή και αυξάνει την αντίσταση διάτμησης του πρανούς με τις ρίζες. Αφετέρου, η ύπαρξη βλάστησης μπορεί να επιδράσει αρνητικά με την αύξηση του φορτίου του πρανούς, ενισχύοντας την δράση των δυνάμεων του ανέμου στα δέντρα και αποσαθρώνοντας το έδαφος με την δράση των ριζών των δέντρων, οι οποίες μεγαλώνουν τις ρωγμές και ευνοούν την διείσδυση.
References:
PASUTO S. and SOLDATI M. Landslide Hazard in PANIZZA M (1996). Environmental Geomorphology. Developments in Earth Surface Processes 4. Elsevier Science B.V., 180 -187, Amsterdam.
Ένα πρανές είναι σταθερό όταν οι δυνάμεις αντίστασης είναι μεγαλύτερες ή ίσες με τις κινητήριες δυνάμεις. Ο λόγος μεταξύ δυνάμεων αντίστασης και κινητήριων δυνάμεων ονομάζεται Συντελεστής Ασφάλειας F. Θεωρείται το μέτρο ευστάθειας του πρανούς. Οι παράμετροι που εμπλέκονται στον υπολογισμό του συντελεστή ασφαλείας συνοψίζονται στο Σχήμα 1 (από Besson, 2005):
Με:
Ο Sumo είναι η υπερφόρτιση
Ο άλλος άνθρωπος είναι η ωστική δύναμη
P: βάρος υλικού (δύναμη)
Το Zoom αντιστοιχεί στο χαρακτηριστικό των επιφανειών ολίσθησης
Δυνάμεις αντίστασης:
Pn: κανονική συνιστώσα του P
Κανονική συνιστώσα της υπερφόρτισης (Pn)
Κανονική συνιστώσα της ωστικής δύναμης (Pn)
Κινητήριες δυνάμεις (ή δυνάμεις αποσταθεροποίησης):
Pt: εφαπτωμενική συνιστώσα του P
U1 και U2: υδροστατική πίεση λόγω της Αρχής του Αρχιμήδη
E: ροή πίεσης
Εφαπτωμενική συνιστώσα της υπερφόρτισης (Pt)
Εφαπτωμενική συνιστώσα της ωστικής δύναμης (Pt)
Ο συντελεστής ασφαλείας ορίζεται επίσης ως τον λόγο μεταξύ του φορτίου διάτμησης και της δύναμης διάτμησης στην φορτισμένη μάζα:
F =1//0
Με = διαθέσιμη δύναμη διάτμησης και 0 = φορτίο διάτμησης με ταχύτητα 0
Δύναμη διάτμησης: συνοχή και αποτελεσματική διασωματιδιακή τριβή, εσωτερική αντίσταση υλικού σε φορτίο διάτμησης. Η δύναμη διάτμησης είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας, της περιορισμένης πίεσης, του σχήματος, του μεγέθους, του ποσοστού φόρτισης και του αριθμού των πόρων. Πρόκειται για σημαντική παράμετρο για τον καθορισμό των μηχανικών και γεωμορφολογικών ιδιοτήτων των υλικών.
Φορτίο διάτμησης: δύο κάθετες φορτίσεις ή φορτία που ασκούνται εφαπτωμενικά στην επιφάνεια του υλικού, προκαλώντας γωνιακή παραμόρφωση του υλικού.
Συντελεστής ασφάλειας μικρότερος ή ίσος με to1 υποδεικνύει ότι το πρανές είναι ασταθές. Πράγματι, καθώς το φορτίο διάτμησης πλησιάζει στην μέγιστη διαθέσιμη δύναμη διάτμησης, ο συντελεστής ασφάλειας γίνεται 1 και υπάρχει κίνδυνος αστοχίας. Εάν το πρανές αποσταθεροποιηθεί από παράγοντες πυροδότησης (σεισμούς, βροχοπτώσεις κ.λπ.), η εμφανής αύξηση του φορτίου διάτμησης επί της διαθέσιμης δύναμης διάτμησης ισούται με την επιτάχυνση της μάζας που ολισθαίνει. Διακρίνουμε τρία στάδια (σχήμα 2):
- Σταθερό, F>1,5: το περιθώριο ευστάθειας του πρανούς είναι πολύ μεγάλο και αντέχει όλες τις δυνάμεις αποσταθεροποίησης,
- οριακά σταθερό, 1,0<f<1,5: το=”” πρανές=”” ενδέχεται=”” να=”” καταρρεύσει=”” κάποια=”” στιγμή=”” λόγω=”” των=”” δυνάμεων=”” αποσταθεροποίησης,=”” οι=”” οποίες=”” φτάνουν=”” σε=”” συγκεκριμένο=”” επίπεδο=”” δραστηριότητας;=”” <=”” li=””></f<1,5:>
- ενεργά ασταθές, F~1,0: οι δυνάμεις αποσταθεροποίησης προκαλούν επιτάχυνση της μάζας που ολισθαίνει (συνεχείς ή διακοπτόμενες μετακινήσεις).
Επιπλέον, η τιμή του συντελεστή ασφαλείας είναι χρονοεξαρτώμενη (σχήμα 2). Η φάση της μετακίνησης χωρίζεται στη φάση πριν από την αστοχία, στη φάση της αστοχίας και στη φάση μετά την αστοχία με πιθανότητες περιστασιακής επανενεργοποίησης. Όλα τα είδη μετακινήσεων σε ένα δεδομένο στάδιο σχετίζονται με συγκεκριμένες μεταβλητές ελέγχου, οι οποίες υποδιαιρούνται σε παράγοντες προδιάθεσης και κινητήριους παράγοντες. Η αστάθεια του πρανούς αντιδρά σε συνδυασμό αυτών των παραγόντων. Οι παράγοντες προδιάθεσης αλλάζουν συνήθως μόνο βαθμιαία ενώ οι κινητήριοι παράγοντες είναι προσωρινοί. Οι κινητήριοι παράγοντες μπορούν είτε να αυξήσουν το φορτίο διάτμησης είτε να μειώσουν την δύναμη διάτμησης των υλικών ή και τα δύο.
References:
BESSON L., 2005. Les risques naturels: de la connaissance pratique à la gestion administrative. Editions Techni. Cités, Voiron, 60 p.
VAN ASCH T., MALET J.P., VAN BEEK L., AMITRANO D., 2007. Techniques, issues and advances in numerical modelling of landslide hazard. Bulletin de la société géologique de France, n°178, p. 265-288