Διερεύνηση της επίδρασης του υετού στην ευστάθεια των πρανών. Εφαρμογή στο δήμο Ζαχάρως-Ρέμα Ακίδα

Abstract

Η εκδήλωση κατολισθητικών φαινομένων αποτελεί απόρροια ελλιπούς ευστάθειας των πρανών έναντι στατικών και σεισμικών φορτίων. Τα τεχνικά έργα και οι κατολισθήσεις συνδέονται πολλές φορές με σχέση αιτίου- αποτελέσματος. Επομένως, για τους μελετητές και τους κατασκευαστές Μηχανικούς, οι κατολισθήσεις αποτελούν φαινόμενα εξαιρετικού ενδιαφέροντος, δεδομένου ότι οι συνέπειές τους μπορεί να είναι καταστρεπτικές για τα υπάρχοντα ή για τα υπό εκτέλεση τεχνικά έργα. Σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία, ο σημαντικότερος παράγοντας εκδήλωσης κατολισθητικών φαινομένων είναι η βροχόπτωση. Το νερό της βροχής που ενεργεί επί του εδάφους οδηγεί σε απώλεια αυτού. Το δε μέγεθος της απώλειας αυτής εξαρτάται από την ικανότητα (δύναμη) του νερού να προκαλεί διάβρωση αφ’ ενός και την ευαισθησία (τρωτότητα) του εδάφους να υφίσταται διάβρωση αφ’ ετέρου. Είναι γνωστό ότι η παρουσία της βλάστησης συντελεί στη μείωση της δράσης του νερού με αποτέλεσμα την προστασία της περιοχής από ενδεχόμενο πυρκαγιάς. Κατά συνέπεια, ο κίνδυνος πλημμύρας περιορίζεται σημαντικά, τόσο από μικρά όσο και από μεγάλα επεισόδια βροχής. Αμέσως μετά τη φωτιά και κατά τη διάρκεια των επόμενων μηνών, η διήθηση μειώνεται σημαντικά, αυξάνοντας τη διάβρωση της επιφάνειας του εδάφους, αφού οι σταγόνες της βροχής δεν αναχαιτίζονται πλέον από την προστατευτική ασπίδα της βλάστησης, προσκρούουν με δύναμη πάνω στο έδαφος, αποσπούν και παρασέρνουν πολύτιμο μέρος του. Ως περιοχή μελέτης της παρούσας εργασίας, επιλέχθηκε ο δήμος της Ζαχάρως, όπου διερευνάται η συμπεριφορά πρανών στην περιοχή του ρέματος Ακίδα, τα οποία έχουν παρουσιάσει αλλαγή στην τρωτότητά τους μετά την πυρκαγιά. Οι τομές στις οποίες πραγματοποιήθηκαν οι παραμετρικές αναλύσεις είναι οι Α-Α΄ και Γ-Γ΄. Τα λογισμικά πακέτα που χρησιμοποιήθηκαν για την επεξεργασία των τομών είναι το συνδυαστικό μοντέλο υδρολογίας και ευστάθειας πρανών– CHASM 4 (Combined Hydrological and Stability Model) και το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Phase2 V6.0 της εταιρίας Rocscience. Όσον αφορά στην τομή Α-Α΄ που επιλέχθηκε, βρίσκεται κοντά στον οικισμό της Ζαχάρως σε έδαφος που επικρατούν Μεταλπικοί σχηματισμοί δηλαδή πλειο-πλειστοκαινικά ιζήματα. Η περιοχή αυτή πριν από την πυρκαγιά, είχε εκδηλώσει υψηλό βαθμό κατολισθήσεων. Δεδομένης λοιπόν και της δυσμενούς επίδρασης της πυρκαγιάς, αναμένεται βαθιά αστοχία του πρανούς υπό την έκθεσή του σε διάφορα ακραία και μη καιρικά φαινόμενα. Στα πλαίσια των παραμετρικών αναλύσεων που διενεργήθηκαν για την τομή Α-Α΄ στο πρόγραμμα CHASM V4.0 εξετάστηκαν:  η θέση του υδροφόρου ορίζοντα, καθώς παίζει πολύ σημαντικό ρόλο σε θέματα ευστάθειας. Στη συγκεκριμένη περίπτωση δεν υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία για τον επακριβή ορισμό του, γι’ αυτό εξετάζονται τρεις πιθανές θέσεις στα 75%, 50% και 25% του ύψους του πρανούς (3 εναλλακτικά σενάρια).  και η επίδραση των αρχικών συνθηκών, δηλαδή της πίεσης των πόρων του νερού σε συνδυασμό με το όριο της αρνητικής πίεσης (μύζηση). Ειδικότερα, λαμβάνονται δύο περιπτώσεις, στη μεν πρώτη- Περίπτωση 1- γίνεται θεώρηση ύψους μύζησης στα 5 m από την επιφάνεια του υδροφόρου ορίζοντα, ενώ στη δεύτερη- Περίπτωση 2- ακολουθείται μια πιο συντηρητική υπόθεση ύψους 2.5 m, περίπτωση που θα μπορούσε να εμφανιστεί έπειτα από περίοδο σχετικής ανομβρίας. Από την άλλη, η τομή Γ-Γ΄ περιλαμβάνει εναλλαγή σκληρών και μαλακών σχηματισμών όπως είναι οι σχιστοκερατόλιθοι. Η εν λόγω περιοχή έγινε πιο επιρρεπής σε αστοχία μετά την πυρκαγιά, με αποτέλεσμα ο βαθμός τρωτότητάς της να χαρακτηρίζεται πλέον ως ‘υψηλός’. Δεδομένης, λοιπόν, της γεωλογίας στη περιοχή, συμπεραίνουμε ότι οι ενδεχόμενες αστοχίες θα είναι επιφανειακές, εμφανιζόμενες στη ζώνη αποσάθρωσης και κερματισμού. Συνεπώς, σε αντίθεση με την προηγούμενη (βαθιά αστοχία), για την επεξεργασία της συγκεκριμένης τομής, επιλέχθηκε το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Phase2 V6.0. Τέλος, ακολουθούν τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την παραπάνω μελέτη της περιοχής της Ζαχάρως, καθώς και κάποιες προτάσεις για μελλοντική έρευνα.

Landslide events rest in the stability of slopes between static and seismic charges. Technical works and landslides are associated many times with a cause and effect relationship. Therefore, landlslides are of utmost importance for both researchers and construction engineers, considering the detrimental consequences they may have on finilized or under construction technical works. According to national bibliography the main trigger of landslides is rainfall. Fluid induced from rainfall results in the infiltration and subsequent loss of soil. The degree of soil loss depends on the ability of the fluid to produce erosion and the respective sensitivity of the soil to bear erosion. The only way to decrease the water’s effect is the vegetation and its protection from the wildfires. As a result, the risk of a flood is erased or limited remarkably. Right after the fire and during the next months, the seepage is considerably reduced. At the same time the erosion rates are increased as the bare soil is exposed to the rain effect. The rain drops are not stopped by the protection of vegetation, instead they fall in a great force on the soil, remove and transfer debris. Our area of study lies in the municipality of Zaharw, researching the reaction of the slopes that are located in dam Akida and have shown a shift in their vulnerability in the aftermath of a mass fire. The software used in order to study the selected profiles is the Combined Hydrological and Stability Model- CHASM and the Phase2 v6.0 which is a product of Rocscience. The first profile A-A’, is near the municipality of Zaharw and consists of Pleio-pleistokene sediments. Before fire, many landslides had occurred in this region. After the wildfire the vulnerability has remained the same. In this case, we expect that a deep landslide will take place if extreme weather conditions occur. the program which is used here is CHASM 4. In order to decide which parameters of soil will be used for the first slope A-A’ in CHASM, we examined:  the place of water table, as it plays an important role on stability issues. But, in this case, there is not any available information about the water table. As a result, we suppose that the water table’s surface follows the direction of the slope and its height is then studied in three potentional locations, at the 75%, 50% and 25% of the slope’s height (3 scenarios).  as well as the effect of the initial conditions- the pore pressure and the suction limit- is examined. Specifically, two cases are studied. In the first one- Case 1- we suppose that the capillary height is 5 m above the water table’s surface, while in the second one- Case 2- we assume that the capillary height is 2.5 m. The last case could appear after a dry period. On the other hand, the profile Γ-Γ’ contains rough as well as smooth formations such as J-K,schists. This area was quite vulnerable before the fires, but after them the vulnerability rate increased significantly. This profile and its surface forms a three metre decay zone. As a result, in contrast to the previous profile, in this case we expect a narrow landslide in the decay and fragmentation zones. The last one lies under the decay zone and above the bedrock. For this reason, we decided to look into this area with the help of Phase2 V6.0. Finally, both the results of this Diploma Thesis and the proposals for further investigation are presented.