Τεχνικογεωλογικά χαρακτηριστικά των υπερβασικών πετρωμάτων Οθρύος και Καλλιδρομίου (κεντρική Ελλάδα)

Abstract

Αν και πολλές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί με σκοπό, τόσο τη διερεύνηση των φυσικών, δυναμικών και μηχανικών χαρακτηριστικών των διαφόρων πετρωμάτων, όσο και τις συσχετίσεις ανάμεσά τους, μόνο λίγες σε ολόκληρο τον κόσμο και ακόμα λιγότερες στην Ελλάδα έχουν επικεντρωθεί στα υπερβασικά πετρώματα. To γεγονός όμως ότι τα τελευταία χρόνια οι σχηματισμοί αυτοί βρίσκονται στο επίκεντρο του επιστημονικού ενδιαφέροντος, διότι αφενός τα υπερβασικά πετρώματα εμφανίζονται σε πολλές περιοχές, όπως η Νοτιοανατολική Ευρώπη και αφ’ ετέρου οι ανθρώπινες δραστηριότητες μεταφέρονται πλέον με την κατασκευή διάφορων τεχνικών έργων πάνω ή μέσα στους σχηματισμούς αυτούς, μας προξένησε το αρχικό έναυσμα για προβληματισμό που εν τέλει μας ώθησε στη διερεύνηση των χαρακτηριστικών των πετρωμάτων αυτών. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη και ο καθορισμός των τεχνικογεωλογικών χαρακτηριστικών των υπερβασικών πετρωμάτων της κεντρικής Ελλάδας (υγιή και σερπεντινιωμένα). Προς την κατεύθυνση αυτή, πραγματοποιήθηκαν εργασίες υπαίθρου, κυρίως όμως εργαστηριακές δοκιμές με στόχο τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων των ανωτέρω πετρωμάτων. Επίσης έγινε προσπάθεια να διατυπωθούν αξιόπιστες εμπειρικές σχέσεις μεταξύ των φυσικών, δυναμικών και μηχανικών παραμέτρων των βραχωδών αυτών πετρωμάτων και να εκτιμηθεί η επίδραση της ορυκτολογικής σύστασης στη διαφοροποίηση της συμπεριφοράς τους. Έτσι στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής πραγματοποιήθηκε γεωλογική έρευνα στην περιοχή μελέτης (δυτική Όθρυς και Καλλίδρομο), η οποία εστιάστηκε στα υπερβασικά πετρώματα. Στη συνεχεία συλλέχθηκαν ομοιογενείς, ισότροποι, επιφανειακοί και αντιπροσωπευτικοί όγκοι συνολικά από 94 θέσεις δειγματοληψίας (69 από την οροσειρά της Όθρυος και 25 από αυτήν του Καλλιδρόμου). Από τα δείγματα αυτά διαμορφώθηκαν 3-7 κατάλληλα δοκίμια, τα οποία εξετάστηκαν ως προς τις φυσικές, δυναμικές και μηχανικές τους ιδιότητες σύμφωνα με τις προδιαγραφές της ISRM και της ASTM. Τα υπερβασικά πετρώματα των εξεταζόμενων περιοχών διακρίνονται σε τρεις (3) πετρολογικές ενότητες–σχηματισμούς, τους σχιστώδεις σερπεντινίτες, τους σερπεντινίτες και τους ελαφρά ως και καθόλου σερπεντινιωμένους περιδοτίτες. Για λόγους ομοιογένειας και ισοτροπίας στην παρούσα διδακτορική διατριβή οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε σερπεντινίτες (βαθμός σερπεντινίωσης μεγαλύτερος από 70%) και σε ελαφρά ως και σχεδόν καθόλου σερπεντινιωμένους περιδοτίτες (βαθμός σερπεντινίωσης μικρότερος από ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΠΕΡΒΑΣΙΚΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΟΘΡΥΟΣ ΚΑΙ ΚΑΛΛΙΔΡΟΜΟΥ (ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΕΛΛΑΔΑ) ΠΕΡΙΛΗΨΗ - II -

30%). Οι σερπεντινιωμένοι περιδοτίτες (βαθμός σερπεντινίωσης από 30 έως και 70%) και οι σχιστώδεις σερπεντινίτες δεν εξετάστηκαν αφού παρουσιάζουν μεγάλη ανισοτροπία και ανομοιογένεια. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκαν 244 δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών σε σερπεντινίτες και 147 σε περιδοτίτες. Τα δυναμικά χαρακτηριστικά προσδιορίστηκαν σε 103 δοκίμια σερπεντινιτών και 63 δοκίμια περιδοτιτών, ενώ στα μηχανικά χαρακτηριστικά ο αριθμός των δοκιμίων κυμαίνεται από 10 έως και 103 στους σερπεντινίτες και από 6 έως και 63 στους περιδοτίτες ανάλογα το χαρακτηριστικό που εξετάστηκε. Ένας αντιπροσωπευτικός αριθμός δειγμάτων (47) μελετήθηκε και πετρογραφικά με σκοπό την περιγραφή της ορυκτολογικής σύστασης, της υφής, του ιστού και του βαθμού σερπεντινίωσής τους. Μετά το πέρας των εργαστηριακών δοκιμών και της πετρογραφικής εξέτασης, τα αποτελέσματα επεξεργάστηκαν στατιστικά με τη βοήθεια των προγραμμάτων EXCEL Analysis Toolpak Program 2003 και SPSS 8.0 και υπολογίστηκε η μέγιστη, η ελάχιστη, η μέση τιμή και η τυπική απόκλιση, στοιχεία τα οποία παρατίθενται σε επιμέρους πίνακες. Επιπλέον από τη στατιστική ανάλυση προέκυψαν ιστογράμματα κατανομής των τιμών της κάθε παραμέτρου και κατασκευάστηκαν διαγράμματα συσχέτισης των τεχνικογεωλογικών ιδιοτήτων. Οι εξισώσεις που καλύτερα αποδίδουν τις σχέσεις τους περιγράφηκαν και οι υψηλότεροι συντελεστές προσδιορισμού (R 2 ) υπολογίστηκαν. Τέλος, σε 16 συνολικά θέσεις (σε αυτές που πραγματοποιήθηκε τριαξονική δοκιμή) εκτιμήθηκε ο Γεωλογικός Δείκτης Αντοχής (GSI) και προσδιορίστηκαν τα χαρακτηριστικά της βραχομάζας. Άλλωστε, αυτό που εντέλει ενδιαφέρει τον τεχνικογεωλογικό χώρο είναι η συμπεριφορά της βραχομάζας, εφόσον σε αυτή θα κατασκευαστούν τεχνικά έργα. Οι παράμετροι της διατμητικής αντοχής (φ, c), η αντοχή σε μοναξονική θλίψη (σ c ), η συνολική ή γενικευμένη αντοχή (Global Strength, σ ), η εφελκυστική αντοχή (σ tm ) και το μέτρο παραμόρφωσης (E ) της βραχομάζας εκτιμήθηκαν με τη χρήση του λογισμικού προγράμματος Roclab

Although, many studies have been carried out to determine physical, dynamic and mechanical properties and establish relationships among them for several rocks, only few have been focused on ultrabasic rocks. But, the fact that ultrabasic rocks have become important earth crust components in some areas like south-eastern Europe and many works have constructed in or on these formations, led us to the investigation of these rocks properties. The aim of this research is the determination of the ultrabasic rocks’ geotechnical properties of the central Greece and for this purpose, many in situ works and lab tests had been carried out. Furthermore, this study attempts to derive reliable, empirical approaches among the physical, dynamic and mechanical properties and estimate the effect of the mineralogical composition on the engineering geology behaviour. Within the framework of this thesis, geological and tectonic investigation was carried out in the study area (Western Othrys, and Kallidromo mts, Central Greece). It was mainly focused on the ultrabasic rocks. After that a great number of isotropic, homogeneous block samples (94), taken from the study area, were prepared in suitable specimens and tested in accordance with ASTM and ISRM standards. The ultrabasic rocks of the study area were distinguished in schisto-serpentinites, serpentinites and peridotites, more or less serpentinised. Only serpentinites and peridotites with low grade of serpentinization (<30%) were tested. The other formations are unsuitable for testing because they are inhomogeneous and anisotropic. Thus, 244 serpentinites and 147 peridotites were tested for physical characteristics, while the dynamic properties were determined in 103 serpentinite and 63 peridotite specimens. The number of specimens, examined for mechanical characteristics, fluctuates between 10 and 103 for serpentinites and between 6 and 63 for peridotites depending on the characteristic which was investigated. ΤΕΧΝΙΚΟΓΕΩΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΩΝ ΥΠΕΡΒΑΣΙΚΩΝ ΠΕΤΡΩΜΑΤΩΝ ΟΘΡΥΟΣ ΚΑΙ ΚΑΛΛΙΔΡΟΜΟΥ (ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΕΛΛΑΔΑ) ΠΕΡΙΛΗΨΗ - IV -

A number of representative samples (47) were subjected to petrographic studies with the aim of describing the main mineralogical composition, the serpentinization percentage and the rock structure of the above-mentioned rocks. After that, the results were statistically analyzed using the EXCEL Analysis Toolpak Program 2003 and SPSS 8.0 software. The maximum, minimum, average value and the standard deviation were calculated and presented in tables. Histograms with the allocation of each parameter values were illustrated and the relationships among the physical, dynamic and mechanical properties were described by the best fit equations. The highest coefficient of determination, in each relationship, was also determined. Finally, GSI (Geological Strength Index) was estimated and the shear strength parameters (φ, c), the uniaxial compressive strength (σ c ), the global strength (σ ), the tensile strength (σ tm ) and the deformation modulus (E with the use of Roclab software program