Η πρόληψη καταστροφών που οφείλονται σε κατολισθήσεις ενέχει τον προσδιορισμό του χρόνου πρόκλησης συγκεκριμένου τύπου μετακίνησης – της ζώνης στην οποία η πιθανότητα πρόκλησής της είναι μεγαλύτερη. Οι απαντήσεις στα ερωτήματα “που” και “γιατί” θα προκληθεί μετακίνηση εξαρτώνται από τον τύπο της μετακίνησης και είναι σχετικά εύκολο να δοθούν. Υπάρχουν χάρτες και έγγραφα τα οποία δημιουργήθηκαν αναλύοντας γεωλογικά, γεωμορφολογικά και γεωτεχνικά δεδομένα, χρησιμοποιώντας ιστορικά στοιχεία από αρχεία, φωτογραφίες και τα αποτελέσματα τοπικών ερευνών. Τα δεδομένα μπορούν να αναλυθούν με στατιστικές μεθόδους πιθανοτήτων, χρησιμοποιώντας Συστήματα Γεωγραφικής Πληροφόρησης (GIS) για παράδειγμα, ώστε να αποδειχθεί το ανάλογο βάρος των διαφόρων παραγόντων αποσταθεροποίησης (Turner and Schuster, 1996).
Τα γεωλογικά και γεωμορφολογικά δεδομένα για τις κατολισθήσεις προϋποθέτουν έρευνα των παραγόντων αποσταθεροποίησης και των γεωτεχνικών πληροφοριών. Τα δεδομένα μπορούν να αναλυθούν με στατιστικές μεθόδους πιθανοτήτων, χρησιμοποιώντας Συστήματα Γεωγραφικής Πληροφόρησης (GIS) για παράδειγμα, ώστε να αποδειχθεί το ανάλογο βάρος των διαφόρων παραγόντων αποσταθεροποίησης (Turner and Schuster, 1996).
(βλέπε 8.1.1. Περισσότερα στοιχεία για τις τεχνικές διερεύνησης των κατολισθήσεων)
Η απάντηση στο ερώτημα “πότε” μπορεί να δοθεί με την ανάλυση κλιματολογικών δεδομένων σε κοντινές περιοχές ή σε μία συγκεκριμένη απόσταση, τα οποία ενθαρρύνουν την αποσταθεροποίηση, και με την καθιέρωση μίας σχέσης μεταξύ των καταγεγραμμένων μετακινήσεων (Maquaire, 1990; Matthews et al., 1997; Flageollet et al., 1999).
Αυτό σημαίνει ότι θα πρέπει να συσχετίσουμε τους διάφορους τύπους κλίματος και τις σχέσεις τους με τις κατολισθήσεις. Οι Flageollet et al. (1999) έδειξαν ότι η πυροδότηση ή η επαναδραστηριοποίηση μίας κατολίσθησης μπορεί να εξηγηθεί με διάφορους τύπους κλιματικών καταστάσεων. Ωστόσο, ορισμένες κατολισθήσεις δεν έχουν κάποια εμφανή σχέση με τις κλιματικές συνθήκες. Έτσι κατέγραψαν τρεις βασικές καταστάσεις ανάλογα με τον τύπο της κατολίσθησης:
- βαριές βροχοπτώσεις για σύντομη περίοδο,
- συσσωρευμένες βροχοπτώσεις για περίοδο ποικίλης διάρκειας με την καθιέρωση ορίου πυροδότησης,
- συσσωρευμένες βροχοπτώσεις για περίοδο ποικίλης διάρκειας χωρίς καθιέρωση ορίου πυροδότησης.
Η μεγάλη ποικιλομορφία των φαινομένων δείχνει ότι οι καταστάσεις που τα πυροδοτούν δεν μπορεί να είναι ομοιόμορφες. Οι βαθιές ολισθήσεις προϋποθέτουν ανάλυση των βροχοπτώσεων των προηγούμενων εβδομάδων ή και μηνών και θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και τα αποτελέσματα των πιεζομετρικών διακυμάνσεων, ενώ για τις επιφανειακές λασπολισθήσεις το πιο σημαντικό είναι η ένταση και η ποσότητα των βροχοπτώσεων των προηγούμενων ημερών και ωρών. Γενικά, σε περιφερειακό επίπεδο, υπάρχει ευρεία ποικιλομορφία στις σχέσεις μεταξύ διαφόρων ειδών καταγεγραμμένων κατολισθήσεων και κλιματικών συνθηκών, η οποία δημιουργεί ένα μεγάλο αριθμό πολύπλοκων συνδυασμών. Όπως έχει παρατηρηθεί συχνά, η βροχόπτωση είναι μόνο ένα από τα στοιχεία του συστήματος που επιταχύνει ή πυροδοτεί τις κατολισθήσεις και συνδυάζεται με άλλους παράγοντες όπως η χρησιμοποίηση των γαιών. Γενικά, ωστόσο, είναι με διαφορά το πλέον σημαντικό στοιχείο του συστήματος.
Η αστάθεια μπορεί να επέλθει ακόμα και μετά από μήνες ξηρασίας, είτε έχουν προηγηθεί μεγάλες ετήσιες βροχοπτώσεις είτε όχι. Αντιστρόφως, βαριές βροχοπτώσεις προηγούμενων χρόνων ή δεκαετιών μπορεί να αρκούν για την πυροδότηση της αστάθειας ακόμα και εάν έπεσαν λίγες βροχές τα τελευταία χρόνια. Το είδος της κατολίσθησης, φυσικά, διαδραματίζει θεμελιώδη ρόλο στην σχέση αυτή. Η πολυπλοκότητα των σχέσεων μεταξύ κατολισθήσεων και κλιματικών συνθηκών δυσκολεύει την θέσπιση «καθολικών κανόνων». Πριν γίνει αυτό, θα πρέπει να γίνουν περεταίρω έρευνες για τις σχέσεις αυτές σε μία δεδομένη περιοχή, λαμβάνοντας υπόψη το είδος των κατολισθήσεων, την γέννησή τους (πυροδότηση ή επανενεργοποίηση), την εποχή κατά την οποία προκλήθηκε και, τέλος, τον αρχικό βαθμό σταθερότητας του πρανούς.
Ο κίνδυνος από μετακινήσεις γαιών μπορεί να μειωθεί και να διασφαλιστεί η προστασία με προληπτικά ή διορθωτικά έργα δύο ειδών. Η ενεργή άμυνα εμποδίζει τα αίτια της ενεργούς ή πιθανής κατολίσθησης και βασικά προϋποθέτει βαθιά αποστράγγιση και αναδάσωση. Η παθητική άμυνα αφορά στα υλικά τα οποία μετακινούνται ή πρόκειται να μετακινηθούν, και γενικά προϋποθέτει δημιουργία αναβαθμίδων, reprofiling και κατασκευές συγκράτησης. Για παράδειγμα, σε ορισμένους φυσικούς ή τεχνητούς υπόγειους χώρους σε αστικές περιοχές, το κενό καλύπτεται συχνά με τσιμεντοενέσεις.
Σε υψηλού κινδύνου περιπτώσεις, όπου υπάρχει σημαντική τρωτότητα και δεν υπάρχει τρόπος να μειωθεί ο κίνδυνος, το πρανές πρέπει να παρακολουθείται συνεχώς. Γενικά, οι επιφανειακές μετακινήσεις και διακυμάνσεις σε επίπεδο νερού καταγράφονται συνεχώς και ο συναγερμός τίθεται αυτομάτως σε λειτουργία σε περίπτωση που υπερβεί ένα συγκεκριμένο όριο.
Στην Γαλλία, για παράδειγμα, δύο κύριες τοποθεσίες στις Άλπεις έχουν εξοπλιστεί με όργανα παρακολούθησης, η κατολίσθηση Clapière στο St. Etienne-de-Tinée (Alpes-Maritimes) και η πτώση βράχων στο “Ruines de Séchilienne” κοντά στην Vizille (Isère) (http://www-lgit.obs.ujf-grenoble.fr/observations/omiv/SECHILIENNE/index.html). Ορισμένες τοποθεσίες έχουν επίσης εξοπλιστεί με όργανα και λειτουργούν ως παρατηρητήρια επιστημόνων οι οποίοι συμμετέχουν σε εθνική ή διεθνή ερευνητικά έργα, ώστε να παρέχουν καλύτερη κατανόηση των διαφόρων εξελίξεων και να αναπτύξουν και καθιερώσουν προβλέψιμα μοντέλα. Η πειραματική περιοχή της Super-Sauze (βλέπε 13.4. Περίπτωση Μελέτης Super-Sauze) στην περιοχή Alpes-de-Haute-Provence, ερευνάται, παρακολουθείται και μοντελοποιείται από το 1995 (Flageollet et al., 2000; Malet et al., 2000; Malet et al., 2001; Maquaire et al., 2001).
(βλέπε 13.7. Περίπτωση Μελέτης Tessina. To be sent by Pasuto)
Η διερεύνηση υφιστάμενων κατολισθήσεων και τοποθεσιών πιθανών κατολισθήσεων διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον μετριασμό των ζημιών και στην έρευνα για τις κατολισθήσεις. Οι διερευνήσεις των κατολισθήσεων γίνονται για διάφορους σκοπούς:
- Tαυτοποίηση και χαρακτηρισμός ασταθών ζωνών: μηχανισμοί πυροδότησης, αιτιολογικοί παράγοντες (όπως σεισμοί ή βαριές βροχοπτώσεις, υπολογιζόμενες ταχύτητες
- Παρακολούθηση μετακινήσεων: μακροπρόθεσμη, μεσοπρόθεσμη και βραχυπρόθεσμη συμπεριφορά των ασταθών πρανών, κλιματικές συνθήκες
- Μοντελοποίηση μετακινήσεων: πως εξηγούνται οι προηγούμενες μετακινήσεις, πως ποσοτικοποιούνται οι μετακινήσεις αυτές, πως προβλέπονται οι μελλοντικές μετακινήσεις
- Εκτίμηση κινδύνου: ποια θα είναι η ένταση και η συχνότητα της κρίσης, ποιο σενάριο πρέπει να ληφθεί υπόψη
- Σχεδιασμός σταθεροποιητικών μέτρων: πως μειώνονται οι μετακινήσεις, πως μειώνονται οι επιπτώσεις της κρίσης
Πρέπει να εξεταστούν διάφοροι παράγοντες:
- Ιδιότητες του εδάφους: γεωμετρία, γεωλογία, υδρολογία, μηχανικά χαρακτηριστικά (φορτία και δυνάμεις), κ.λπ.
- Επιφανειακές και υπόγειες μετακινήσεις
- Επίπεδο και πίεση υπόγειων υδάτων
Οι παράμετροι αυτοί καθορίζονται με διάφορες τεχνικές. Το Σχήμα 1 περιγράφει εν συντομία τις τεχνικές αυτές, οι οποίες αφορούν διάφορους τομείς όπως γεωτεκτονικούς, γεωφυσικούς, υδρολογικούς και τηλεπισκοπικούς:
Τα ακόλουθα μέρη περιγράφουν τις διάφορες μεθόδους που περιγράφονται στο Σχήμα 1.
A. Διερεύνηση εδαφικών ιδιοτήτων:
1. Γεωμετρία εδάφους:
Η ηλεκτρική τομογραφία είναι μία γεωφυσική τεχνική για την απεικόνιση υπογείων δομών με ηλεκτρικές μετρήσεις που γίνονται στην επιφάνεια. Ένα ηλεκτρικό κύμα διαχέεται μέσω του εδάφους μεταξύ δύο ζευγαριών ηλεκτροδίων τα οποία είναι αγκιστρωμένα στην επιφάνεια (A-B και M-N, σχήμα 2). Έτσι μετριέται η αντίσταση του εδάφους. Όσο πιο μεγάλη απόσταση υπάρχει μεταξύ των ηλεκτροδίων, τόσο πιο βαθιά διερευνάται το έδαφος. Έτσι, η αντίσταση μετριέται μεταξύ διαφορετικών ζευγαριών ηλεκτροδίων κατά μήκος μίας γραμμής (σχήμα 2).
Analysis of the resistivity values allows to determine the presence of different geological layers and their properties (nature, thickness). Indeed, different materials have not the same resistivity value (from Filliat, 1981):
| Material | Resistivity (ohm/m) |
|---|---|
| Clay | 3-30 |
| Marl | 10-100 |
| Schist | 30-300 |
| Sand and gravel | 100-1000 |
| Limestone | 300-3000 |
| Crystalline rocks | 1000-10000 |
Combination of the resistivity values allows to give information about ground structure in two dimensions (2D), establishing a resistivity profile (figure 3). It is possible to image ground to a depth of 100 metres.
Η σεισμική τομογραφία είναι μία άλλη γεωφυσική τεχνική για την απεικόνιση υπογείων δομών. Χρησιμοποιεί ψηφιακά σεισμογραφικά αρχεία για την απεικόνιση του εσωτερικού του εδάφους και έτσι καθορίζεται η γεωμετρία και τα διάφορα στρώματα. Ένα τεχνητό σεισμικό κύμα (ακουστικό κύμα) παράγεται με δόνηση (έκρηξη) του υπεδάφους. Το σεισμικό αυτό κύμα διαχέεται μέσω του εδάφους, άμεσα ή με διάθλαση ή ανάκλαση. Τα στρώματα διαφορετικής γεωλογικής φύσης διαφοροποιούν την κατεύθυνση και την ταχύτητα του κύματος (Σχήμα 6).
The time that the wave arrives at the seismic station is used to calculate the speed of the wave and to determine the presence of layers and some of their physical properties (density, thickness, etc.). Indeed, as the density of the material increases, the speed of the wave also increases (from Filliat, 1981):
Material Velocity (m/s)
Mud and peat 50
Clay and silt 400-1500
Sand and gravel 300-1200
Altered rocks 800-2500
Massive rocks 2000-6000
Combination of values from several transmitting and receiving stations allows to give information about ground structure in 2D or 3D.
Georadar, or Ground-penetrating radar (GPR) is an other geophysical technique for imaging sub-surfaces structures. It uses electromagnetic radiation in the microwave band of the radio spectrum, and detects the reflected signals from subsurface structures. GPR uses transmitting and receiving antennas. The principles involved are similar to seismic tomography, except that electromagnetic energy is used instead of acoustic energy: the transmitting antenna radiates short pulses of the radio waves into the ground. When the wave hits a boundary with different dielectric constants, the receiving antenna records variations in the reflected return signal (figure 7).
Για την διεξαγωγή ερευνών σε μεγάλης επιφάνειας εδάφη, η απόσταση μεταξύ των δύο κεραιών παραμένει σταθερή και το ζευγάρι των κεραιών μετακινείται, ή το μέσω των δύο κεραιών παραμένει σταθερό και μετακινούνται οι κεραίες.
Το εύρος βάθους του GPR περιορίζεται από την ηλεκτρική αγωγιμότητα του εδάφους (100 mS/m), και την συχνότητα εκπομπής. Καθώς αυξάνει η αγωγιμότητα, το βάθος διείσδυσης μειώνεται. Οι υψηλές συχνότητες δεν διεισδύουν τόσο όσο οι χαμηλές συχνότητες, αλλά έχουν καλύτερη ανάλυση. Συνήθως χρησιμοποιούνται συχνότητες μεταξύ 10 MHz και 1,5 GHz.
Η διείσδυση εις βάθος μπορεί να φτάσει 50 m. Η βέλτιστη διείσδυση επιτυγχάνεται σε ξηρά αμμώδη εδάφη ή σε συμπαγή ξηρά υλικά όπως ο γρανίτης, ο ασβεστόλιθος και το σκυρόδεμα. Σε εδάφη με υγρασία ή σε αργιλώδη εδάφη και εδάφη με υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, η διείσδυση ενίοτε φτάνει μερικά μόνο εκατοστά.
2. Μηχανικά χαρακτηριστικά: bo
Η γεωλογική μέθοδος πτερυγίου Vane Shear Testing είναι μία από τις πιο γνωστές επιτόπιες μέθοδοι για την εκτίμηση της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής των εδαφών. Ο εξοπλισμός αποτελείται από ένα πτερύγιο από ανοξείδωτο χάλυβα, το οποίο διαθέτει τέσσερεις τετράγωνες λεπίδες, προσαρμοσμένο στην άκρη ενός χαλύβδινου καλαμιού. Το πτερύγιο διεισδύει στο έδαφος στο βάθος όπου πρέπει να γίνει η μέτρηση της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής. Στην συνέχεια περιστρέφεται και υπολογίζεται η περιστροφική δύναμη που χρειάζεται για την πρόκληση διάτμησης (σχήμα 8). Το σχήμα 9 δείχνει ένα χειροκίνητο vane shear test. Το πτερύγιο περιστρέφεται με κάποια συγκεκριμένη ταχύτητα που δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 0,1 βαθμούς ανά δευτερόλεπτο. Το ποσό της περιστροφής καθορίζεται με το κίτρινο βέλος ενώ το κόκκινο βέλος διαθέτει συσκευή που μετρά την απαιτούμενη ροπή.
Η δοκιμασία αυτή είναι κατάλληλη για μαλακά αργιλώδη εδάφη.
Το τεστ διείσδυσης είναι και αυτό ένα γεωτεχνικό τεστ. Η διείσδυση μπορεί να είναι είτε δυναμική είτε στατική. Δίνει πληροφορίες για την αντίσταση διείσδυσης και για την πυκνότητα των υλικών.
Το τεστ δυναμικής διείσδυσης χρησιμοποιεί έναν σωλήνα δειγματοληψίας με χοντρά τοιχώματα, ο οποίος εισχωρεί στο έδαφος με την βοήθεια μίας ολισθαίνουσας σφύρας (σχήμα 11). Ο σωλήνας δειγματοληψίας εισχωρεί 150 μέτρα μέσα στο έδαφος και στη συνέχεια καταγράφεται ο αριθμός των φυσημάτων που χρειάζεται ο σωλήνας να διεισδύσει κάθε 150 mm. Το σύνολο των φυσημάτων που χρειάζονται για τα δεύτερα και τρίτα 150 mm διείσδυσης είναι η “standard penetration resistance,” ή η “N-value”. Ο αριθμός των φυσημάτων μας δίνει μία ένδειξη της πυκνότητας του εδάφους και χρησιμοποιείται σε πολλές εμπειρικές γεωτεχνικές μηχανικές φόρμουλες.
Βασικός σκοπός της δοκιμής αυτής είναι η παροχή πληροφοριών για την σχετική πυκνότητα κοκκωδών αποθέσεων όπως χαλίκια, άμμος ή αργιλοαμμώδη υλικά από τα οποία συχνά είναι αδύνατον να λάβουμε αδιατάραχα δείγματα που μπορούμε να μελετήσουμε στο εργαστήρι. Σε περίπτωση που τα αδιατάραχα δείγματα είναι αμφιβόλου ποιότητας, συχνά μπορούμε να προβούμε στην δειγματοληψία με κανονική διείσδυση και να ελέγξουμε την δύναμη. Ο ακόλουθος πίνακας περιλαμβάνει τις τιμές αναφοράς για την αντίσταση διείσδυσης ορισμένων υλικών (από Filliat, 1981):
Αντίσταση διείσδυσης (MPa: 1 MPa = 10 bars)
Μαλακός άργιλος: 0,02-0,2
Συμπαγής άργιλος: 0,2-0,8
Αργιλώδης άμμος: 0,3-5
Άμμος: 1,5-10
Κυκλοειδής άμμος: 5-50
Τέλος, η δοκιμή της δυναμικής διείσδυσης είναι απλή και οικονομική μέθοδος.
Η δοκιμή στατικής πενετρομέτρησης είναι μία στατική δοκιμή η οποία μετρά και την αντίσταση διείσδυσης. Συνήθως χρησιμοποιείται για την διερεύνηση μαλακών εδαφών. Πρόκειται για την διείσδυση ενός κωνικού ακροστομίου στο έδαφος με σταθερή και ελεγχόμενη ταχύτητα (συνήθως 2 εκατοστά ανά δευτερόλεπτο). Η ευκρίνεια της δοκιμής διείσδυσης κώνου στην καταγραφή των στρωμάτων σχετίζεται με το μέγεθος του ακροστομίου που συνήθως είναι περίπου 4 εκ.
Οι αρχικές συσκευές πενετρομέτρησης έκαναν απλές μηχανικές μετρήσεις της συνολικής διεισδυτικής αντίστασης. Χρησιμοποιήθηκαν διάφορες μέθοδοι για να διαχωρίσουν την συνολική μετρήσιμη αντίσταση σε συστατικά από το κωνικό ακροστόμιο και την τριβή από το καλώδιο. Σήμερα οι σύγχρονοι ηλεκτρονικοί κώνοι χρησιμοποιούν επίσης έναν μορφοτροπέα πίεσης με φίλτρο για την συλλογή δεδομένων της πίεσης του νερού των πόρων. Αυτό βοηθά στον καθορισμό της στρωματογραφίας και χρησιμοποιείται κατ’αρχήν για την διόρθωση των τιμών της τριβής του ακροστομίου. Επιπλέον, σήμερα το ακροστόμιο διαθέτει επιπλέον όργανα όπως γεώφωνα ή επιταχυνσιόμετρα για την διερεύνηση της σεισμικής δραστηριότητας ή ακόμα και κάμερες για την καταγραφή βίντεο.
Τέλος, σε σύγκριση με την δοκιμή δυναμικής διείσδυσης, η δοκιμή στατικής πενετρομέτρησης κερδίζει έδαφος λόγω της αυξημένης ακρίβειάς του, της ταχύτητας ανάπτυξής του και του χαμηλού κόστους.
Η πρεσσιομετρική δοκιμή και η δοκιμή ντιλατομέτρου είναι και αυτές επιτόπιες μέθοδοι οι οποίες χρησιμοποιούνται για την μέτρηση της αστοχίας του εδάφους. Ένα κυλινδρικό ακροστόμιο εισχωρεί σε μία διάτρηση. Η διάμετρος του ακροστομίου μπορεί να επεκταθεί με την προσθήκη πεπιεσμένου αέρα. Τα φορτία αυτά πιέζουν τα τοιχώματα σε διάφορα βάθη ώστε να καθοριστούν τα στρώματα που είναι πιο επιρρεπή σε παραμορφώσεις (σχήμα 12).
Για ένα συγκεκριμένο βάθος, η πρεσσιομετρική δοκιμή έγκειται στην τακτική αύξηση της πίεσης και την μέτρηση της αύξησης του όγκου. Η δοκιμή Menard, η οποία ονομάζεται κανονικοποιημένη δοκιμή πρέπει να περιλαμβάνει περίπου 10 στάδια πίεσης ίσης αύξησης. Οι μετρήσεις της παραμόρφωσης γίνονται σε κάθε φάση πίεσης 15 δευτερόλεπτα, 30 δευτερόλεπτα και 1 λεπτό μετά που θα φτάσει στο επιθυμητό επίπεδο πίεσης (Σχήμα 13).
Στη συνέχεια δημιουργούμε μία πρεσσιομετρική καμπύλη V = f(P) σχεδιάζοντας της παραμορφώσεις μεταξύ των 30 δευτερολέπτων και του 1 λεπτού έναντι των πιέσεων. Η καμπύλη παρουσιάζει τιος τρεις φάσεις: φάση της επανασυμπίεσης, ψευδοελαστική φάση, πλαστική φάση και φάση θραύσης (σχήμα 14) (από www.roctest.com)
Οι παράμετροι που λαμβάνουμε από τις δοκιμές των πρεσσιομέτρων και ντιλατομέτρων είναι η οριακή πίεση (pl), η πίεση ερπυσμού (pf) και τους πρεσσιομετρικούς συντελεστές (E). Οι πρεσσιομετρική συντελεστές βασίζονται στην θεωρητική εξίσωση (Lame) η οποία δίνει την ακτινική αύξηση μίας ακτινικής κοιλότητας σε συνάρτηση με την πίεση σε κάποιο ελαστικό μέσο. Ποικίλει ανάλογα με την φύση του υλικού (από Filliat, 1981):
Πρεσσιομετρικοί συντελεστές υλικών E (MPa: 1 MPa = 10 bars)
Μαλακός άργιλος 0,5-3
Συμπαγής άργιλος 3-30
Ασβεστόλιθος 1,5-10
Λασπώδης άμμος 3-10
Χαλικούχος άμμος 8-100
Ασβεστούχα πετρώματα 80-20000
Η πίεση ερπυσμού αντιστοιχεί στο τέλος της ψευδοελαστικής φάσης.
Η οριακή πίεση αντιστοιχεί στην αστοχία των γύρω εδαφών. Δίδεται από την ασύμπτωτη της καμπίλης του πρεσσιομέτρου. Καθότι η ασύμπτωτη αυτή δεν είναι πάντα εύκολο να προσδιοριστεί, η οριακή πίεση ορίζεται επίσης ως η πίεση με την οποία ο όγκος της αρχικής κυλινδρικής κοιλότητας διπλασιάστηκε.
Οι δοκιμές των πρεσσιομέτρων και ντιλατομέτρων χρησιμοποιούνται συνήθως σε μαλακά εδάφη, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε όλους τους τύπους των εδαφών, με υψηλές πιέσεις. Τα όργανα για την διεξαγωγή των δοκιμών αυτών σε εδάφη και μαλακά πετρώματα ονομάζονται πρεσσιόμετρα, ενώ τα όργανα για την διεξαγωγή δοκιμών σε πετρώματα ονομάζονται ντιλατόμετρα.
Η δοκιμή πρεσσιομέτρου του Menard είναι η πιο συνήθης δοκιμή. Αποτελείται από ένα ακροστόμιο τριών κυψελών το οποίο δίνει ένα ομοιόμορφο ακτινικό πεδίο φορτίων στην κεντρική κυψέλη. Η ακτινική παραμόρφωση αφαιρείται από την μέτρηση του εγχυόμενου όγκου. Οι παρασιτικές διογκώσεις μειώνονται με ομοαξονική σωλήνωση έγχυσης.Ένας μεγάλος αριθμός δοκιμών με πρεσσιόμετρα Menard έχουν ήδη διεξαχθεί σε διάφορα υλικά, παρέχοντας στοιχεία για την μακροχρόνια συμπεριφορά των δομών και εμπιστοσύνη στην χρήση εμπειρικών παραγόντων (σχήμα 15 και 16).
Υπάρχουν και άλλα πρεσσιόμετρακαι ντιλατόμετρα. Μπορεί να αποτελούνται μόνο από μία κυψέλη, μπορεί να είναι υδραυλικά, .κ.λπ.
Υπάρχουν επίσης εργαστηριακές δοκιμές για την αξιολόγηση των μηχανικών ιδιοτήτων του εδάφους, όπως η δοκιμή άμεσης διάτμησης και η δοκιμή τριαξονικής διάτμησης για την εύρεση των διατμητικών παραμέτρων του εδάφους.
3. Υδρολογικά χαρακτηριστικά:
Το διηθητόμετρο είναι μία συσκευή που χρησιμοποιείται για την επιτόπια μέτρηση του ποσοστού διείσδυσης του νερού στο έδαφος. Υπάρχουν διηθητόμετρα με μονό ή διπλό δακτυλίδι, και με σταθερή ή μετακινούμενη κεφαλή. Η μέθοδος Beerkan είναι μία απλή τρισδιάστατη δοκιμή διήθησης υπό συνθήκες σταθερής κεφαλής, που γίνεται σε ενιαίους κυλίνδρους. Η δοκιμή παρέχει συσσωρευμένη διήθηση ως συνάρτηση του χρόνου. Επίσης χρειάζεται να γίνου μετρήσεις του μεγέθους σωματιδίων, της αρχικής και τελικής περιεκτικότητας του νερού, καθώς και της ξηρής φαινόμενης πυκνότητας.
Ο κύλινδρος τοποθετείται στην επιφάνεια του εδάφους και εισχωρεί σε βάθος περίπου 1 εκατοστού, ώστε να αποφευχθούν οι πλευρικές απώλειες νερού. Η επιφανειακή βλάστηση αφαιρείται, ενώ οι ρίζες παραμένουν στην θέση τους (σχήμα 17). Μία συγκεκριμένη ποσότητα νερού χύνεται μέσα στον κύλινδρο στην αρχή μέτρησης του χρόνου, και μετριέται ο χρόνος που παρήλθε κατά την διήθηση του συγκεκριμένου όγκου. Μετά την πλήρη διήθηση του πρώτου όγκου νερού, προστίθεται και δεύτερος συγκεκριμένος όγκος στον κύλινδρο, και μετριέται ο χρόνος διήθησής του (συσσωρευμένος χρόνος). Η διαδικασία επαναλαμβάνεται για μία σειρά από 8 – 15 γνωστούς όγκους νερού. Στη συνέχεια χρησιμοποιείται ο συσσωρευμένος χρόνος διήθησης στην εξίσωση της διήθησης για τον καθορισμό της κορεσμένης υδραυλικής αγωγιμότητας.
Η υδραυλική αγωγιμότητα (K) υποδεικνύει την ευκολία με την οποία το νερό μπορεί να μετακινείται μέσω πορωδών επιφανειών ή ρωγμών. Εξαρτάται από την διαπερατότητα του υλικού και τον βαθμό κορεσμού. Η κορεσμένη υδραυλική αγωγιμότητα (Ksat) υποδεικνύει την κίνηση του νερού μέσω κορεσμένων υλικών.
Καθώς αυξάνει η Ksat, η διαπερατότητα και συνεπώς η πιθανότητα μετακίνησης του πρανούς αυξάνει επίσης (από Musy et al., 1992):
Ksat (m.s-1) 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11
Διαπερατότητα Διαπερατό ημιδιαπερατό αδιαπέρατο
Υλικό Χαλίκι Χαλικούχος άμμος
Χοντρή άμμος
Λεπτή άμμος
Χοντρή λάσπη
Αργιλώδης λάσπη λασπώδης άργιλος ομοιογενής άργιλος
Η κορεσμένη υδραυλική αγωγιμότητα (Ksat) είναι μία παράμετρος του νόμου του Darcy, ο οποίος είναι μία φαινομενολογική εξίσωση που περιγράφει τη ροή ενός υγρού μέσω ενός πορώδους μέσου σε συνθήκες κορεσμού (Q: flow, H:head)
Υπάρχουν επίσης εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό της κορεσμένης υδραυλικής αγωγιμότητας. Η παράμετρος της σταθερής κεφαλής βασίζεται στο νόμο του Darcy. Συλλέγεται αδιατάραχο δείγμα εδάφους επί τόπου, μέσα σε ένα κύλινδρο συγκεκριμένου όγκου. Στη συνέχεια, στο εργαστήριο μετριέται ο όγκος του νερού που ρέει μέσω του δείγματος, για μία συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Γνωρίζοντας τον όγκο V του νερού, το μήκος L του δείγματος, το εμβαδόν της διατομής S του δείγματος, τον χρόνο t που απαιτείται για το άδειασμα της ποσότητα του νερού V, και την κεφαλή H, μπορούμε να υπολογίσουμε την Ksat.
B. Μέτρηση μετακινήσεων
Τα βασικά κριτήρια για τον καθορισμό της σταθερότητας ενός πρανούς είναι η μετακίνηση. Πράγματι, η παρακολούθηση της κίνησης παρέχει άμεσο έλεγχο στης σταθερότητας του εδάφους και των πετρωμάτων του πρανούς. Σχεδόν πάντα μετά από μεγάλης κλίμακας κινήσεις ακολουθούν μικρές μετακινήσεις και επιταχύνσεις οι οποίες μπορούν να ανιχνευθούν με αρκετά ευαίσθητα όργανα. Η δομική αστοχία σχετίζεται συνήθως με βαθμιαία επιτάχυνση μετακινήσεων. Το χρονικό διάστημα μεταξύ της διεύθυνσης της κίνησης και τις πιθανής κατάρρευσης ενός πρανούς εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά του εδάφους και την ευαισθησία και αξιοπιστία των οργάνων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, μπορούμε να καταγράψουμε μία περίοδο προειδοποίησης από μερικές ημέρες έως και εβδομάδες ή ακόμα και μήνες.
1. Μετρήσεις αποστάσεων και συντεταγμένων
Η διερεύνηση επιφανειακών μετακινήσεων μπορεί να επιτευχθεί με διάφορα όργανα τα οποία μετρούν αποστάσεις. Ο θεοδόλιχος είναι μία συμβατική τοπομετρική μέθοδος για την μέτρηση αποστάσεων. Συχνά χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση της καθίζησης της στέψης του πρανούς ή κατά μήκος των ενδιάμεσων εδρών του μετώπου του πρανούς. Μετράει τόσο τις οριζόντιες όσο και τις κάθετες γωνίες. Π σύγχρονος θεοδόλιχος αποτελείται από ένα τηλεσκόπιο το οποίο κινείται μεταξύ δύο οριζόντιων και κάθετων αξόνων και στηρίζεται σε τρίποδο (σχήμα 19).
Πριν από κάθε χρήση ο θεοδόλιχος πρέπει να τοποθετηθεί με ακρίβεια και κάθετα πάνω στον στόχο που πρέπει να μετρηθεί και οι κάθετοι άξονές του πρέπει να ευθυγραμμιστούν με την τοπική βαρύτητα. Αυτό μπορεί να γίνει με την χρήση νήματος λιναίης και ενός αλφαδιού. Ο θεοδόλιχος μπορεί επίσης να τοποθετηθεί σε tribrach, το οποίο αποτελείται από δύο τριγωνικές μεταλλικές πλάκες οι οποίες συνδέονται στις γωνίες τους με βίδες χειρός (thumbscrews). Η κάτω πλάκα τοποθετείται στο τρίποδο και γυρίζοντας τις βίδες (thumbscrews), μπορούμε να ευθυγραμμίσουμε τον θεοδόλιχο. Ο θεοδόλιχος μπορεί να διαθέτει ή όχι κινητήρα.
Και οι δύο άξονες του θεοδόλιχου είναι εξοπλισμένοι με βαθμονομημένους κύκλους. Οι άξονες πρέπει να είναι παράλληλοι. Η κατάσταση κατά την οποία οι δύο άξονες αποκλίνουν ονομάζεται σφάλμα οριζόντιου άξονα. Ο οπτικός άξονας του τηλεσκοπίου, ο οποίος ονομάζεται σκοπευτικός άξονας, πρέπει να είναι παράλληλος με τον οριζόντιο άξονα. Εάν δεν είναι παράλληλος τότε η απόκλιση ονομάζεται σφάλμα σκόπευσης. Τα σφάλματα αυτά προσδιορίζονται με την βαθμονόμηση και διορθώνονται με μηχανικές προσαρμογές (σχήμα 20).
Ο σύγχρονος θεοδόλιχος χρησιμοποιεί μία δέσμη λέιζερ για την μέτρηση των αποστάσεων. Η απόσταση μετριέται με τον χρόνο που χρειάζεται η δέσμη να ταξιδέψει από το όργανο στον στόχο. Η απόσταση μεταξύ της σταθερής βάσης του οργάνου και του στόχου στο μέτωπο του πρανούς μπορεί να χρησιμοποιηθεί άμεσα ως μέτρηση της μετακίνησης του πρανούς. Η ακρίβεια της ηλεκτροοπτικής μέτρησης είναι γενικά από 1 έως 10 mm. Περιορίζεται από τις ατμοσφαιρικές θερμοκρασίες και τις διακυμάνσεις της πίεσης. Οι γραμμές στόχευσης που βρίσκονται σε ζώνες ατμοσφαιρικών αναταράξεων πρέπει να αποφεύγονται.
Διαφορετικά, οι συντεταγμένες του στόχου μπορούν να προσδιοριστούν με υπολογισμούς τριγωνισμού (σχήμα 21).
Το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS) είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται ευρέως για την μέτρηση των ενεργών παραμορφώσεων της λιθόσφαιρας, δίνοντας τρισδιάστατες συντεταγμένες του στόχου. Η παρακολούθηση κατολισθήσεων με GPS συνήθως γίνεται με την χρήση επαναλαμβανόμενων εκστρατειών, ως επιπρόσθετο μέτρο στης συμβατικές τοπομετρικές μεθόδους (θεοδόλιχος).
Το σύστημα GPS βασίζεται σε μία σειρά 26 δορυφόρων μέσης γήινης τροχιάς, οι οποίο εκπέμπουν σήματα μικροκυμάτων. Κάθε δορυφόρος έχει ένα ατομικό ρολόι, και εκπέμπει συνεχώς μηνύματα, κάθε ένα από τα οποία περιέχει την τρέχουσα ώρα στην αρχή του μηνύματος, παραμέτρους για τον υπολογισμό της θέσης του δορυφόρου και την γενική κατάσταση του συστήματος. Τα σήματα ταξιδεύουν με ταχύτητα φωτός μέσω του διαστήματος και η ταχύτητά τους μειώνεται ενώ εισέρχονται στην ατμόσφαιρα.
Ο δέκτης GPS χρησιμοποιεί τον χρόνο άφιξης για τον υπολογισμό της απόστασης από κάθε δορυφόρο, από όπου καθορίζει την θέση του χρησιμοποιώντας την γεωμετρία και τριγωνομετρία (μέθοδος τριγωνισμού). Ένας κοινός δέκτης GPS υπολογίζει την θέση του χρησιμοποιώντας τα σήματα από 4 δορυφόρους.
Υπάρχουν δύο μορφές χρήσης (σχήμα 23): η απόλυτη μορφή η οποία παρέχει την απόλυτη θέση σε πραγματικό χρόνο με ακρίβεια μεταξύ 10 και 100 m. Χρειάζεται μόνο ένας δέκτης. Τα πλεονεκτήματα της λειτουργίας αυτής είναι ότι η μέθοδος αυτή είναι απλή και μπορούν να γίνουν πολλές μετρήσεις σε μικρό χρονικό διάστημα. Για μεγαλύτερη ακρίβεια, χρησιμοποιείται η διαφορική μορφή. Εδώ χρειάζονται δύο δέκτες και η θέση που λαμβάνεται είναι σχετική. Η ακρίβεια είναι συνάρτηση του τύπου του δέκτη και της διάρκειας των συνεδριών παρατήρησης. Το διαφορικό σύστημα μπορεί να είναι σταθερό ή κινητό. Στην κινητή διαφορική μορφή, ο ένας δέκτης είναι σταθερός και ο άλλος κινητός (σχήμα 24). Η θέση δίδεται με ακρίβεια χιλιοστών.
Αν και οι μετρήσεις με GPS είναι υψηλής ακριβείας, δεν συνηθίζεται η συνεχής παρακολούθηση των κατολισθήσεων με σύστημα GPS λόγω του κόστους του συστήματος αυτού σε σχέση με τις συμβατικές τεχνικές παρακολούθησης των παραμορφώσεων. Επιπλέον, η ακρίβεια επιπέδου χιλιοστού επιτυγχάνεται μετά από μεγάλης διάρκειας συνεδρίες παρατήρησης (συνήθως 24 ώρες), Μειώνεται με την διάρκεια της συνεδρίας λόγω των σφαλμάτων που εισάγονται από διακυμάνσεις του συστήματος των δορυφόρων και της επίδρασης πολλαπλών ιχνών όταν τα ραδιοσήματα αντανακλούν στο έδαφος. Ωστόσο, σε περίπτωση μη προσβάσιμων εδαφών, το GPS φαίνεται να είναι η μοναδική μέθοδος που παρέχει αξιόπιστες μετρήσεις θέσεις.
2. Χρήση τεχνικών τηλεπισκόπισης:
Τηλεπισκόπιση ονομάζεται η συλλογή πληροφοριών για κάποιο αντικείμενο ή φαινόμενο με την χρήση συσκευών ανίχνευσης οποίες δεν έχουν φυσική ή στενή επαφή με το υπό διερεύνηση αντικείμενο. Υπάρχουν δορυφορικές και εναέριες τεχνικές τηλεπισκόπησης, και συνεπώς δορυφορικές και εναέριες πλατφόρμες. Η ερμηνεία δορυφορικών φωτογραφιών και αεροφωτογραφιών χρησιμοποιείται ευρέως για πολλούς λόγους κατά την διερεύνηση της αστάθειας πρανών. Πιο συγκεκριμένα, μία σειρά από φωτογραφίες που τραβήχτηκαν σε κατάλληλα χρονικά διαστήματα μπορούν να συγκριθούν για την εξέταση της προοδευτικής ανάπτυξης μίας ολίσθησης.
Υπάρχουν δύο είδη τεχνικών τηλεπισκόπισης. Αφενός, παθητικοί αισθητήρες ανιχνεύουν την φυσική ενέργεια (ακτινοβολία) που εκπέμπεται ή αντανακλάται από το αντικείμενο ή την γύρω περιοχή που βρίσκεται υπό παρακολούθηση. Το αντανακλώμενο ηλιακό φως είναι η πλέον συνηθισμένη πηγή ακτινοβολίας που μετριέται από τους παθητικούς αισθητήρες. Αφετέρου, ενεργοί αισθητήρες εκπέμπουν ενέργεια για την σάρωση του αντικειμένου και της περιοχής και στη συνέχεια ανιχνεύουν και μετρούν την ακτινοβολία που εκπέμπεται από το αντικείμενο. Το RADAR (Radio Detection and Ranging) είναι παράδειγμα ενεργούς δορυφορικής τηλεπισκόπισης. Η πλέον προηγμένη τεχνολογία RADAR είναι η συμβολομετρία SAR (ραντάρ συνθετικού ανοίγματος).
Πρόκειται για ένα ισχυρό εργαλείο το οποίο παρέχει εικόνα που αναπαριστά την κίνηση με ακρίβεια εκατοστών και δεκαμετρική ευκρίνεια. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από τα συστήματα SAR μπορούν να παρέχουν ψηφιακά μοντέλα εδάφους τριών διαστάσεων. Επιπλέον, η τεχνική αυτή έχει ήδη αποδείξει την ικανότητά της να ανιχνεύει και να χαρτογραφεί πεδία κινήσεων σε κατολισθητικές περιοχές. Ένα από τα ραντάρ αυτά που βρίσκονται σε λειτουργία είναι το European ERS-2 satellite, του οποίο ο αισθητήρας SAR φωτογραφίζει την Γη από τροχιά περίπου 780 χλμ. Από την επιφάνεια της Γης.
Το LIDAR (Light Detection and Ranging) είναι άλλη μία προηγμένη τεχνολογία τηλεπισκόπησης παρόμοια με την τεχνολογία του ραντάρ: η απόσταση από το αντικείμενο προσδιορίζεται με την μέτρηση του χρόνου καθυστέρησης μεταξύ της εκπομπής ενός παλμού και της ανίχνευσης του αντανακλώμενου σήματος. Η διαφορά με ένα σύστημα RADAR είναι ότι το σύστημα LIDAR χρησιμοποιεί μικρότερα μήκη κυμάτων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, συνήθως του υπεριώδους, του ορατού ή του σχεδόν υπεριώδους φάρματος. Το σύστημα RADAR χρησιμοποιεί ραδιοκύματα ή μικροκύματα. Το LIDAR χρησιμοποιεί εναέρια τεχνολογία αντί τις διαστημικής τεχνολογίας. Χρησιμοποιείται στην μέτρηση του ύψους των αντικειμένων και χαρακτηριστικών του εδάφους και είναι πιο ακριβές από την τεχνολογία του RADAR.
Επίσης υπάρχει η χερσαία φωτογραμμετρία. Οι φωτογραφίες λαμβάνονται από χερσαίους σταθμούς και στην συνέχεια γίνονται μετρήσεις από στερεοσκοπικούς συγκριτές εικόνων.
3. Μετρήσεις μετακινήσεων επιφανειών, ρωγμών, διακλάσεων και αστοχιών
Η παρακολούθηση ρωγμών λόγω μηχανικών καταπονήσεων, οι οποίες αναπτύσσονται στη στέψη ενός ασταθούς πρανούς, μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες αναφορικά με τους μηχανισμούς και την κατεύθυνση των κινήσεων. Κατ’αρχάς, θα πρέπει να σημαδευτεί ολόκληρο το μήκος κάθε ρωγμής με μπογιά και να σκιαγραφηθεί το σχήμα της ρωγμής σε κατόψεις και τομές της δομής. Σε κάθε μεταγενέστερη ημερομηνία παρατήρησης θα είναι δυνατή η καταγραφή της εμφάνισης κάποιας νέας ρωγμής, και η επιμήκυνση των υφιστάμενων ρωγμών.
Στη συνέχεια, υπάρχουν ορισμένα φορητά όργανα για την μέτρηση της έκτασης του ανοίγματος της ρωγμής. Ένα παράδειγμα είναι το Demec gauge (demountable mechanical strain gauge) το οποίο αρχικά σχεδιάστηκε για την μέτρηση των κινήσεων των ρωγμών σε πλάκες από σκυρόδεμα. Χαλύβδινοι δίσκοι με κεντρική οδόντωση για την τοποθέτηση του μετρητή, στερεώνονται με σκυρόδεμα στην επιφάνεια των πετρωμάτων στην κάθε πλευρά της ρωγμής. Ο φορητός μετρητής χρησιμοποιεί ένα μετρικό ρολόι γραμμικών μετρήσεων επενεργούμενο από ένα σταθμικό σύστημα, το οποίο χρησιμοποιείται για την μέτρηση της απόστασης μεταξύ των δίσκων.
Επιμηκυνσιόμετρα χρησιμοποιούνται επίσης για την μέτρηση των κινήσεων επιμήκυνσης στην επιφάνεια του εδάφους. Δύο χαλύβδινα ή αλουμινένια μπουλόνια αγκίστρωσης ασφαλίζονται στο έδαφος σε κάθε μία από τις πλευρές της ρωγμής ή της στέψης. Το πιο συνηθισμένο επιμηκυνσίμετρο αποτελείται από ένα καλώδιο Invar (FeSi) το οποίο συνδέει τα δύο μπουλόνια αγκίστρωσης. Το ένα μπουλόνι αγκιστρώνεται στην ασταθή πλευρά και το άλλο στην σταθερή. Στο ένα άκρο του καλωδίου τοποθετείται μία τροχαλία και στο άλλο άκρο αιωρείται ελεύθερα ένα βάρος. Με την μετακίνηση των ασταθών υλικών το καλώδιο τυλίγεται γύρω από την τροχαλία. Το ποτενσιόμετρο που είναι συνδεδεμένο στον άξονα της τροχαλίας δημιουργεί ηλεκτρικό σήμα. Το σήμα αυτό μετατρέπεται στη συνέχεια σε απόσταση επιμήκυνσης (σχήμα 27).
4. Μετρήσεις υπογείων μετακινήσεων
Το κλισιόμετρο μετρά την αλλαγή της κλίσης της σωλήνωσης της γεώτρησης και έτσι επιτρέπει τον προσδιορισμό της διάδοσης πλευρικών μετακινήσεων ως συνάρτηση του βάθους και του χρόνου. Στις κατολισθήσεις, η μέθοδος αυτή χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της επιφάνειας ολίσθησης ή της ζώνης μετακίνησης που σχετίζεται με τις σταθερές ζώνες. Το κλισιόμετρο χρησιμοποιείται επίσης για την παρακολούθηση φραγμάτων, φρακτών και άλλων κατασκευών συγκράτησης εδάφους.
Το κλισιόμετρο αποτελείται από τέσσερα μέρη (σχήματα 31 και 32):
- Ένας σωλήνας οδηγός τοποθετείται μόνιμα σε μία κάθετη γεώτρηση εντός του εδάφους. Ο σωλήνας μπορεί να είναι από πλαστικό, χάλυβα ή αλουμίνιο. Τοποθετείται στο πέτρωμα ώστε να κινείται με το πρανές,
- Μία μονάδα φορητού αισθητήρα τοποθετείται συνήθως στην σωλήνωση
- Ένα καλώδιο ανασηκώνει και εμβυθίζει τον αισθητήρα μέσα στην σωλήνωση εκπέμποντας ηλεκτρικά σήματα στην επιφάνεια
- Μία φορητή μονάδα ελέγχου και αναγνώρισης δεδομένων παρέχει ρεύμα στην επιφάνεια, λαμβάνει τα ηλεκτρικά σήματα και απεικονίζει τα δεδομένα σε αναλογική ή ψηφιακή μορφή.
Οι αντιδράσεις στις αλλαγές του πρανούς παρακολουθούνται και καταγράφονται στην επιφάνεια. Μετρήσεις λαμβάνονται σε καθορισμένα συνήθως ίσα διαστήματα σε όλο το βάθος της γεώτρησης. Τα όργανα διαφέρουν συνήθως ως προς τον τύπου του αισθητήρα που χρησιμοποιείται, την ακρίβεια με την οποία ο αισθητήρας ανιχνεύει την κλίση, και την μέθοδο ελέγχου της ευθυγράμμισης και του βάθους εντός της γεώτρησης.
Γ. Μετρήσεις στάθμης και πίεσης υπογείων υδάτων
Τα υπόγεια ύδατα επηρεάζουν σημαντικά την ευστάθεια του εδάφους και τις ολισθήσεις βράχων (>>Περισσότερα στοιχεία για τον ρόλο του νερού). Η πιεζομετρική παρακολούθηση χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της εκκένωσης υπερβολικής ποσότητας νερού ή της υπερβολικής πίεσης του νερού.
Η πίεση του νερού παρακολουθείται με την χρήση πιεζόμετρων. Πρόκειται για γεωτεχνική μέθοδο η οποία αποτελείται από έναν ανοδικό αγωγό ο οποίος εισχωρεί σε μία γεώτρηση. Ο ανοδικός αγωγός είναι μία σωλήνα η οποία είναι διάτρητη στο κάτω μέρος ή διαμορφώνεται από φιλτροστοιχείο πορώδους κεραμικού υλικού. Στο κάτω μέρος τοποθετείται ένα φίλτρο (χονδρόκοκκη άμμος ή χαλίκι). Το υπόλοιπο της γεώτρησης πληρώνεται με τσιμεντένεμα για την υδραυλική μόνωση του πιεζόμετρου. Τα υπόγεια νερά ανυψώνονται στο εσωτερικό του αγωγού έως ότου το κεφάλι να βρίσκεται σε ισορροπία με την πίεση του νερού στο έδαφος γύρω από το φίλτρο του πιεζόμετρου.
Η πίεση των υπογείων υδάτων στο φίλτρο του πιεζόμετρου παρακολουθείται με την χρήση αισθητήρα στάθμης νερού. Πρόκειται για καλώδιο διπλού αγωγού με την απόληξη του κάθε αγωγού συνδεδεμένη σε ένα χάλκινο κύλινδρο. Η εισαγωγή του αισθητήρα στο νερό δημιουργεί ηλεκτρικό κύκλωμα και ενεργοποιεί τον συναγερμό ή τον φωτεινό ειδοποιητή στο καρούλι του καλωδίου. Το καλώδιο είναι βαθμονομημένο σε όλο του το μήκος ώστε η απόσταση μεταξύ της στάθμης του νερού και του δακτυλίου της σωλήνας να μπορεί να μετρηθεί (Σχήμα 35).
Ορισμένα πιεζόμετρα είναι προσαρμοσμένα να μετρούν μεγάλες πιέσεις ή μεγάλες διακυμάνσεις πιέσεων. Για παράδειγμα, το νερό εντός του σωλήνα μπορεί να χρειαστεί πολύ χρόνο έως ότου να επιτευχθεί ισορροπία με το νερό στο έδαφος γύρο από το πιεζόμετρο, δηλαδή από λίγα λεπτά έως μερικές ημέρες. Εξαρτάται από την διαπερατότητα του εδάφους. Αυτό μπορεί να δημιουργήσει πρόβλημα όταν αναμένονται σχετικά γρήγορα διακυμάνσεις στην πίεση των υπογείων υδάτων και όταν το έδαφος δεν είναι διαπερατό.
Το πρόβλημα αυτό επιλύεται με το υδραυλικό πιεζόμετρο διπλής σωλήνας, το οποίο έχει μικρότερη διάμετρο σωλήνα. Ο τύπος αυτός του πιεζόμετρου αποτελείται από ένα πλαστικό πορώδες ή κεραμικό φιλτροστοιχείο το οποίο συνδέεται με δύο ελαστικούς πλαστικούς σωλήνες σε ένα μανόμετρο υδραργύρου. Η πίεση των υπογείων υδάτων εξισορροπείται με μία κεφαλή υδραργύρου στο μανόμετρο, και η ένδειξη εμφανίζεται σε μία βαθμονομημένη κλίμακα. Γενικά, το υδραυλικό πιεζόμετρο χρησιμοποιείται μόνο όταν το ελάχιστο κεφάλι που πρέπει να μετρηθεί είναι λιγότερο από 8 μέτρα κάτω από την επιφάνεια του εδάφους.
Το πνευματικό πιεζόμετρο αποτελείται από ένα πλαστικό πορώδες ή κεραμικό φιλτροστοιχείο το οποίο συνδέεται με ένα στοιχείο πίεσης που ενεργοποιείται με πεπιεσμένο αέρα, το οποίο με τη σειρά του συνδέεται μέσω ελαστικών πλαστικών σωλήνων σε ένα σύστημα αισθητήρα στην επιφάνεια του εδάφους. Οι μεταβολές της πίεσης των υπογείων υδάτων μετριούνται με την εισαγωγή πεπιεσμένου αέρα μέσα σε ένα από τους δύο σωλήνες. Η ποσότητα του αέρα είναι αρκετή ώστε να εξισορροπήσει την πίεση του αέρα στην αντίθετη πλευρά του διαγράμματος του μετατροπέα. Η πίεση η οποία είναι αρκετή ώστε να προκαλέσει ανάστροφη ροή αέρα κατά μήκος του δεύτερου πλαστικού σωλήνα, καταγράφεται και ισούται με την πίεση των υπογείων υδάτων. Μόνο ένα πολύ μικρό διάφραγμα ανάκλασης χρειάζεται για να επιτευχθεί ανάστροφη ροή, ώστε η μεταβολή του όγκου να είναι ελάχιστη. Ο τύπος αυτός του πιεζόμετρου αντιδρά άμεσα στις διακυμάνσεις της πίεσης των υπογείων υδάτων.
Τέλος, το ηλεκτρικό πιεζόμετρο αποτελείται από ένα πλαστικό πορώδες ή κεραμικό φιλτροστοιχείο το οποίο συνδέεται με ένα ηλεκτρικό μετατροπέα. Ηλεκτρικοί ακροδέκτες από τον μετατροπέα συνδέουν το φίλτρο του πιεζόμετρου με σύστημα ανάγνωσης στην επιφάνεια του εδάφους. Ο τύπος αυτός του πιεζόμετρου αντιδρά άμεσα στις διακυμάνσεις της πίεσης των υπογείων υδάτων και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση του πνευματικού πιεζόμετρου σε υλικά χαμηλής διαπερατότητας, όπως ο άργιλος. Επιπλέον, τα ηλεκτρικά πιεζόμετρα επιτρέπουν την ηλεκτρονική καταγραφή των διακυμάνσεων της πίεσης των υπογείων υδάτων.
Κατά την εγκατάσταση πνευματικών ή ηλεκτρικών οργάνων, θα πρέπει να διασφαλιστεί ότι ο κορεσμός του φίλτρου έγινε με απαερωμένο νερό, αφού ακόμα και μικρές ποσότητες αέρα στην συσκευή θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε ανακριβείς μετρήσεις.
Για παραδείγματα εφαρμογής των διαφόρων τεχνικών που περιγράφονται πιο πάνω βλέπε 13.3. Περίπτωση μελέτης της La Valette και 13.4 Περίπτωση μελέτης της Super-Sauze.
Αναφορές:
BESSON L., 2005. Les risques naturels: de la connaissance pratique à la gestion administrative. Editions Techni. Cités, Voiron, 60 p.
BONNARD C., 2007. Introduction on landslide investigation. Mountain Risks Workshop, Switzerland, 96 p.
BRAUD I., DE CONDAPPA D., SORIA J.M., HAVERKAMP R., ANGULO-JARAMILLO R., GALLE S., VAUCLIN M., 2005. Use of scaled forms of the infiltration equation for the estimation of unsaturated soil hydraulic properties (the Beerkan method). European Journal of Soil Sciences, n°56, p. 361-374
BRUNSDEN D., PRIOR D., 1984. Slope instability. John Wiley & Sons Ltd, Chichester
CAPELLE J.F., MARCIL L., QUIRION M., HUGHES J.M. 2005. Contributions of Canadian experiments to the development of pressuremeter techniques. Symposium International ISP5-PRESSIO, 10 p. www.roctest.com
CLAYTON C. R. I., MATTHEWS M. C., SIMONS N. E., 2005. Site investigation-Chapter 10:Basic field instrumentation for site investigation. University of Surrey. www.geotechnique.info
COLESANTI C., WASOWSKI J., 2006. Investigating landslides with space-borne Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry. Engineering Geology, n° 88, p. 173–199
LABORATOIRE CENTRAL DES PONTS ET CHAUSSEES (LCPC), 1994. Surveillance des pentes instables -guide technique. Ministère de l’Equipement, des Transports et du Tourisme (METT), Techniques et Méthodes des Laboratoires des Ponts et Chaussées, Paris
MALET J.P. Les « glissement de type écoulement » dans les marnes noires des Alpes du sud. Morphologie, fonctionnement et modélisation hydromécanique. PhD Thesis: Institut de Physique du Globe, Université Louis Pasteur de Strasbourg, 2003. 353 p.
MALET J.P., MAQUAIRE O., CALAIS E., 2002. Le GPS en géomorphologie dynamique. Application à la surveillance de mouvements de terrain (Super-Sauze, Alpes du Sud, France). Géomorphologie : relief, processus, environnement, n° 2, p. 165-180
RocTest. Pressuremeter and dilatometer tests – Interpretation and results. 34 p. www.roctest.com
SCHULZ H., 2006. Landslide susceptibility revealed by LIDAR imagery and historical records, Seattle, Washington. Engineering geology, n° 89, p. 67-87
SLOSSON E., KEENE A.G., JOHNSON J.A., 1992. Landslides/Landslide mitigation. In: Reviews of Engineering Geology, Volume IX, Colorado
TRANSPORTATION RESEARCH BOARD, 1978. Landslides: Analysis and Control. National Academy of Sciences, Special Report 176, Washington DC
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
Website: en.wikipedia.org
Go to 8 Can LANDSLIDES be predicted?