Φίλτρα γεωφραγμάτων: σχεδιασμός και συμπεριφορά υλικών.

Abstract

Η παρούσα εργασία έχει ως αντικείμενο τη μελέτη της μηχανικής και χημικής συμπεριφοράς των φίλτρων των γεωφραγμάτων. Απαραίτητη αρχικά είναι μια περιήγηση στα είδη των φραγμάτων, την χρησιμότητά τους, και την ανάλυση της λειτουργίας και σημασίας των ζωνών φιλτραρίσματος και στράγγισης σε αυτά. Ακολούθως, γίνεται μια ιστορική ανασκόπηση στο σχεδιασμό των φίλτρων από αδρανή υλικά και η γνωριμία με μεγάλο μέρος της -έως τώρα- βιβλιογραφίας πάνω στο αντικείμενο για την κατανόηση των μηχανισμών και προβλημάτων που πρέπει να αντιμετωπιστούν. Αμέσως επόμενο στάδιο της εργασίας είναι ένα πρόβλημα που καλείται να αντιμετωπίσει η σύγχρονη έρευνα πάνω στα φίλτρα , αυτό της επίδρασης της χημείας του νερού του ταμιευτήρα στις μηχανικές ιδιότητες των φίλτρων από ανθρακικά αδρανή. Συγκεκριμένα, εξετάζεται ο μηχανισμός της τοπικής διάλυσης των ανθρακικών αδρανών από το «επιθετικό» νερό και η αντίστροφη διαδικασία της εναπόθεσης υλικού με συνέπεια της δημιουργία δεσμών συνεκτικότητας στο φίλτρο, γεγονός το οποίο καθιστά το φίλτρο μη λειτουργικό. Στην προσπάθεια μεταφοράς του θεωρητικού φαινομένου που περιγράφηκε, στις φυσικές συνθήκες πεδίου και της δημιουργίας χρήσιμων εργαλείων για το μηχανικό, στο επόμενο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε μετρήσεις και δοκιμές που μπορούν να βαθμονομήσουν και να αξιολογήσουν την χημική συμπεριφορά των υλικών και την μεταβολή των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Οι δοκιμές εστιάζουν στην αξιολόγηση κυρίως της μεταβολής της συνοχής του υλικού. Αφετηρία είναι σειρές δοκιμών που έχουν πραγματοποιηθεί ήδη από άλλους ερευνητές και γίνονται τροποποιητικές προτάσεις για την βελτίωσή τους. Σκοπός είναι η διατύπωση εργαστηριακών διαδικασιών για την αξιολόγηση του υλικού ως προς την ανάπτυξη συνοχής σαν αποτέλεσμα της εναπόθεσης υλικού ανάμεσα στους κόκκους. Τέλος, υπάρχει αναφορά στον άλλο μεγάλο τομέα υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο ρόλο του φιλτραρίσματος, στα γεωυφάσματα. Τα γεωυφάσματα αποτελούν μια χρήσιμη εναλλακτική επιλογή, για αυτό παρουσιάζονται οι κατηγορίες τους και αναλύεται η σχεδιαστική φιλοσοφία τους .

The main objective of this study is the evaluation of embankment dam filters in terms of chemical and mechanical behavior. The introduction works as a presentation of dam types, their uses and functions, and the identification of the importance of both filter and drainage zones. Then, follows a literature review on criteria for filters made of aggregate materials in order to clarify the mechanisms in filters and enter the reader in recent research considerations. The next chapter is an attempt to deal with a recent challenge in filters research, the interaction between water’s chemistry and carbonate aggregates. This phenomenon is the result of the combination of two sides of the same mechanism. These two sides are: firstly, the dissolution process of carbonate rocks that form the aggregates from the influence of “aggressive” water, and secondly the precipitation effect that creates cohesion bonds between soil grains and makes the filter non-functional. After the description of the theoretical model, in the forth chapter follows the transaction to field conditions and there is an attempt to propose different measurements and tests that can be a useful tool for a dam engineer. The main goal of those tests is to accomplish an approach to a possible rating system of several materials characteristics and properties, not only in quality terms but also in a calibrated scale. In the present paper, creation of cohesion is the principal factor that concerns our point of view through experiments of others researchers non only in dam’s engineering sector but also in other relevant ones that refers to equivalent materials and mechanisms. In conclusion, there is a presentation of another alternative available type of filters, geotextiles. Since the 1970’s with the advance in geosynthetics technology in many cases geotextiles are preferred in filter zones and have several characteristics that can make them an reliable solution.