Γεωτεχνικοί και τεχνικό-υδρολογικοί παράγοντες επιρροής στην ευστάθεια των πρανών οδοποιίας

Abstract

Για την ευστάθεια των φυσικών και των τεχνητών εδαφικών και βραχωδών πρανών έχουν γραφεί πολλά κείμενα, σε επίσημα βιβλία, διδακτικές σημειώσεις και φοιτητικές εργασίες. Έχουν προταθεί μοντέλα και μέθοδοι ελέγχου για την κατάλληλη επιλογή (ποιοτικά χαρακτηριστικά) και διαμόρφωση (συμπύκνωση, γεωμετρικές διαστάσεις, κλίσεις, μέσα στράγγισης και αντιστήριξης κατά θέσεις) των εδαφικών υλικών, ώστε να αποκτήσουν μηχανικά χαρακτηριστικά που θα εξασφαλίζουν την ικανοποιητική ευστάθεια των πρανών σε συνθήκες συμβατικής λειτουργία και δυναμικής καταπόνησης. Ωστόσο, δεν είναι τόσο ευδιάκριτο, κατά πρώτον, το σε ποιο τμήμα της διατομής των οδικών πρανών είναι δυνατόν να εφαρμοσθούν τα μοντέλα αυτά, υπό μια όμως σαφή διάκριση της οδικής δομής σε: στέψη, πυρήνας, θεμελίωση, μεταβατικό περιβάλλον. Κατά δεύτερον, δεν είναι ευδιάκριτο τι αλλάζει στη γεωτεχνική μηχανική συμπεριφορά όταν αναπτυχθούν συνθήκες εμποτισμού και ροής υπόγειων υδάτων, οι οποίες είναι ένα συχνό φαινόμενο που επειδή εναλλάσσεται των συνθηκών ηρεμίας οδηγεί στην «τακτική» μεταβολή όχι μόνον των γεωμετρικών αλλά και των μηχανικών εδαφικών χαρακτηριστικών [4]. Συγκεκριμένα, αλλάζει προς το δυσμενέστερο η εντατική κατάσταση (αστάθεια λόγω πρόσθετων βαρυτικών συνιστωσών είτε ανάπτυξης αδρανειακών δυνάμεων) είτε μειώνεται η αντοχή του εδάφους μέσω της αλλαγής στο καθεστώς των ενεργών τάσεων (λόγω των υδατικών πιέσεων). Κατά τρίτον, δεν είναι ευδιάκριτο το κατά πόσο καλύπτουν τις απαιτήσεις ευστάθειας οι ήδη προληπτικά λαμβανόμενες επίσημες ελληνικές τεχνικές προδιαγραφές (ΕΤΕΠ και ΟΔΟ). Η παρούσα εργασία έχει σκοπό να καλύψει αυτό ακριβώς το κενό που υπάρχει στο παραπάνω τρίπτυχο, διερευνώντας τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται και τους γεωτεχνικούς και τεχνικό υδρολογικούς παράγοντες που επηρεάζουν την ευστάθεια των οδικών πρανών. Η μέθοδος που η παρούσα εργασία χρησιμοποιεί είναι η βιβλιογραφική επισκόπηση και η συνεκτίμηση των ισχυόντων κανονισμών που εφαρμόζονται σε πραγματικά έργα Οδοποιίας και συναφή. Εξηγεί όσο το δυνατόν πιο διεξοδικά τις εκδηλώσεις του φαινομένου κατολίσθησης, τον μηχανισμό και τις μεθόδους ανάλυσης της ευστάθειας των οδικών πρανών, με έμφαση στους γεωτεχνικούς και υδρογεωλογικούς παράγοντες επιρροής. Από τη μελέτη που διεξήχθη στο αρχείο κρατικών υπηρεσιών Τεχνικών Έργων και Πολιτικής Προστασίας, καθίσταται φανερό ότι τόσο η διαχείριση φυσικών καταστροφών που σχετίζονται με κατολισθήσεις όσο και των συνεπακόλουθων τεχνικών καταστροφών αποτελούν ένα σοβαρότατο κεφάλαιο της κοινωνικής ζωής στο οποίο καλείται να μπορεί να ανταποκριθεί ένας μηχανικός. Για αυτούς τους λόγους επιλέγηκε και η παρούσα πτυχιακή έρευνα. Οι αστοχίες των πρανών οδοποιίας/κατολισθήσεις είναι φαινόμενα που μπορούν να εμφανιστούν σε αστικές, ημιαστικές και ορεινές περιοχές ανάλογα με την γεωμορφολογία, την γεωλογία, την υδρογεωλογία, το κλίμα, την βλάστηση κτλ. Οι επιπτώσεις των εδαφικών αστοχιών που οδηγούν σε κατολισθήσεις μπορεί να είναι πολύ σοβαρές για την ανθρώπινη και οικονομική ζωή, καθώς συνδέονται συνήθως με σημαντικές άμεσες επιπτώσεις όπως είναι οι απώλειες σε ανθρώπινες ζωές και οι εκτεταμένες ζημιές σε ιδιοκτησίες αλλά και με έμμεσες κοινωνικοοικονομικές επιπτώσεις. Είναι αναγκαίο να επισημανθεί ότι η εκτίμηση της πιθανότητας εκδήλωσης μιας κατολίσθησης, ιδίως σε φυσικά πρανή που δεν έχουν αστοχήσει στο παρελθόν, είναι ιδιαίτερα δύσκολη υπόθεση και εμπεριέχει σημαντικές αβεβαιότητες. Στην παρούσα εργασία, αναπτύσσονται οι βασικές αρχές της μηχανικής συμπεριφοράς του εδάφους για αστράγγιστες και στραγγισμένες συνθήκες φόρτισης και οι μέθοδοι οριακής ισορροπίας, άνω και κάτω ορίου και εντατικού πεδίου, με τις οποίες αναλύονται προβλήματα οριακής κατάστασης. Οι μέθοδοι αυτές εφαρμόζονται στον υπολογισμό των ωθήσεων του εδάφους σε διάφορους τύπους αντιστηρίξεων, στην ανάλυση της ευστάθειας πρανών και στον προσδιορισμό της φέρουσας ικανότητας επιφανειακών θεμελιώσεων και θεμελιώσεων με πασσάλους. Για τον έλεγχο της ευστάθειας των αντιστηρίξεων και των πρανών και της επάρκειας των θεμελιώσεων, παρουσιάζονται οι μέθοδοι που προτείνει ο Ευρωκώδικας Μεταξύ των συμπερασμάτων της εργασίας, κρίνεται επιβεβλημένη και η κατάλληλη υποδομή σε κάθε τεχνικό έργο, είτε αυτό είναι κτηριακό είτε συγκοινωνιακό έργο. Η υποδομή περιλαμβάνει τη βελτίωση του περιβάλλοντος και του θεμέλιου εδάφους, την επιλογή και κατασκευή της επαρκούς θεμελίωσης, την επιλογή και την κατασκευή κατάλληλων αντιστηρίξεων καθώς και την κατάλληλη επιλογή, διαστασιολόγηση και διαμόρφωση του σώματος του τεχνικού έργου. Η εκτίμηση της πιθανότητας εκδήλωσης μιας κατολίσθησης, ιδίως σε φυσικά πρανή που δεν έχουν αστοχήσει στο παρελθόν, είναι μια ιδιαίτερα δύσκολη υπόθεση και εμπεριέχει σημαντικές αβεβαιότητες. Κρίνεται επιβεβλημένη επίσης η σε επίπεδο πόλεως εκτίμηση των περιοχών που είναι επιδεικτικές σε αστοχίες – κατολισθήσεις, η λήψη προληπτικών μέτρων χωροταξικού και πολεοδομικού σχεδιασμού, η κατασκευή έργων θωράκισης, αντιστήριξης ή και ενίσχυσης των πρανών κατά θέσεις, καθώς και η ανάπτυξη στρατηγικών αντιμετώπισης μιας επικείμενης καταστροφής.Many texts have been written on the stability of natural and artificial soil and rock slopes, in official books, textbooks, teaching notes and student papers. Models and control methods have been proposed for the appropriate selection (qualitative characteristics) and configuration (compaction, geometric dimensions, slopes, drainage and retaining means by location) of soil materials to obtain mechanical characteristics that will ensure satisfactory slope stability under conventional operation and dynamic stress conditions. However, it is not so clear, firstly, to which part of the road slope cross-section these models can be applied, subject to a clear distinction of the road structure into: crown, core, foundation, transition environment. Secondly, it is not distinct what changes in the geotechnical engineering behavior when soaking and groundwater flow conditions develop, which is a frequent phenomenon that, because it alternates resting conditions, leads to "regular" changes not only in the geometric but also in the mechanical soil characteristics (Papadopoulou, 2017). In particular, the intensive state changes for the worse (instability due to additional gravitational components or development of inertial forces) or the soil strength decreases through the change in the regime of active stresses (due to water pressures). Thirdly, it is not clear whether the stability requirements are covered by the official Greek technical specifications (ETEP and ODEO), which are already taken as a precautionary measure. This paper aims to fill exactly this gap in the above triptych by investigating the methods used and the geotechnical and technical-hydrological factors that influence the stability of road slopes. The method used in this paper is a literature review and consideration of the current regulations applicable to real road projects and related ones. It explains as thoroughly as possible the manifestations of the landslide phenomenon, the mechanism and methods of analysis of road slope stability, with emphasis on geotechnical and hydrogeological influencing factors. From the study carried out in the archive of state departments of Technical Works and Civil Protection, it becomes obvious that both the management of natural disasters related to landslides and the consequent technical disasters are a serious capital of social life to which an engineer is required to be able to respond. It is for these reasons that this thesis research was chosen. Road slope failures/slides are phenomena that can occur in urban, semi-urban and mountainous areas depending on geomorphology, geology, hydrogeology, climate,vegetation, etc. The consequences of soil failures leading to landslides can be very serious for human and economic life, as they are usually associated with significant direct impacts such as loss of life and extensive damage to property, but also with indirect socio-economic impacts. It is necessary to point out that estimating the probability of a landslide occurring, especially on natural slopes that have not failed in the past, is a particularly difficult task and involves considerable uncertainties. In this paper, the basic principles of the mechanical behavior of soil to unconfined and confined loading conditions and the methods of limit equilibrium, upper and lower boundary and intensive field, which are used to analyze limit state problems, are developed. These methods are applied to the calculation of soil thrusts in various types of retaining walls, to the analysis of slope stability and to the determination of the bearing capacity of surface and pile foundations. The methods proposed in Eurocode 7 are presented for checking the stability of retaining walls and slopes and the adequacy of foundations. One of the conclusions of the study is that it is essential to have an appropriate infrastructure for any technical project, whether it be a building or a transport project. Infrastructure includes the improvement of the environment and foundation soil, the selection and construction of adequate foundations, supports and the body of the technical project. It is also necessary to assess at city level the areas that are prone to failures - landslides, to take preventive measures in terms of spatial and urban planning, to construct armoring, shoring or slope reinforcement works, and to develop strategies for dealing with an imminent disaster.