Aνύψωση κολυμβητικής δεξαμενής στο μεσολόγγι: αποτελέσματα ενόργανης παρακολόυθησης και αριθμητική αναλυση συμπεριφοράς Swimming pool uplift in Mesologgi: Results of displacements monitoring and numerical analyses. ΠΕΛΕΚΗΣ, Π.Κ. Πολιτικός Μηχανικός, Επίκ. Καθηγητής, Πανεπιστήμιο Πατρών ΔΕΠΟΥΝΤΗΣ, Ν. Κ.. Γεωλόγος, Επίκ. Καθηγητής, Πανεπιστήμιο Πατρών ΤΡΙΑΝΤΑΦΥΛΛΙΔΗΣ, Π. Πολιτικός Μηχανικός, ΕΔΙΠ, Πανεπιστήμιο Πατρών ΛΥΡΑΝΤΖΑΚΗ, Φ. Πολιτικός Μηχανικός, Υποψ. Διδάκτωρ, Πανεπιστήμιο Πατρών ΜΠΙΛΙΑΝΗ, Ε. Πολιτικός Μηχανικός, Υποψ. Διδάκτωρ, Πανεπιστήμιο Πατρών ΧΑΤΖΗΝΙΚΟΛΑΟΥ. Ε. Πολιτικός Μηχανικός ΛΙΑΠΗ, Γ. Πολιτικός Μηχανικός ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η παθολογία κολυμβητικής δεξαμενής οπλισμένου σκυροδέματος διαστάσεων 22.0mx34.0mx2.5m η οποία έχει ανυψωθεί και στραφεί με αποτέλεσμα την προσωρινή διακοπή της λειτουργίας της. Οι παρατηρούμενες μετακινήσεις (ανύψωση) οφείλονται κατά κύριο λόγο στην αποφόρτιση των υποκείμενων εδαφικών αργιλικών σχηματισμών. Παρουσιάζονται αποτελέσματα ενόργανης παρακολούθησης των κατακορύφων μετακινήσεων κατά τη διάρκεια ενός πλήρους κύκλου φόρτισης και αποφόρτισης καθώς και αποτελέσματα αριθμητικών αναλύσεων για τον προσδιορισμό των παραμέτρων συμπιεστότητας και του συντελεστή στερεοποίησης. ABSTRACT : The present study presents the pathology of a 22.0mx34.0mx2.5m reinforced concrete swimming pool that has been uplifted and turned on, resulting in the temporary suspension of its operation. The observed displacements (uplifting) are mainly due to the discharge of the underlying clayey soil formations. Results of Survey monitoring of vertical displacements during a full charge and discharge cycle are presented, as well as results of numerical analyses to determine the compressibility parameters and the coefficient of consolidation. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εξεταζόμενη δεξαμενή βρίσκεται στην ευρύτερη περιοχή «Λιμάνι του Μεσολογγίου» και είναι ιδιοκτησία του Εργαστηρίου Ειδικής Επαγγελματικής Αγωγής και Αποκατάστασης «Παναγία Ελεούσα», Σχήμα 1. Η κύρια πισίνα έχει διαστάσεις 22.0m x 34.0m x 2.5m, Σχήμα 2, ενώ η δευτερεύουσα («βοηθητική») έχει διαστάσεις 15,7m x 8m x 1,5m. Η κολυμβητική δεξαμενή άρχισε να κατασκευάζεται το καλοκαίρι του 2003 ενώ παραδόθηκε ένα χρόνο αργότερα (πριν το καλοκαίρι του 2004) οπότε και είχε διαμορφωθεί και ο περιβάλλοντας χώρος. Η εν λόγω δεξαμενή πληρωνόταν κάθε καλοκαίρι κατά την εξαετία 2004-2010, ενώ για διάστημα 5 συνεχόμενων ετών (2010-2015) παρέμεινε άδεια. Το καλοκαίρι του 2018 η κύρια δεξαμενή τέθηκε σε λειτουργία μετά από σειρά ετών αχρησίας οπότε και παρατηρήθηκε υπερχείλιση του νερού από τη Νότιο-Ανατολική πλευρά καθώς και οι πρώτες βλάβες. Οι βλάβες αυτές ήταν τόσο έντονες ώστε να γίνονται αντιληπτές με γυμνό μάτι.

Έπειτα από αίτημα του Διοικητικού Συμβουλίου του Εργαστηρίου ανατέθηκε τον Μάρτιο του 2019 στο Εργαστήριο Γεωτεχνικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Πατρών η διερεύνηση των αιτιών και η αποκατάσταση των βλαβών που προκλήθηκαν.

Σχήμα 1. Δορυφορική άποψη της θέσης του Εργαστηρίου και τις θέσεις των υφιστάμενων

γεωτεχνικών δεδομένων Figure 1. Satelite image with the location of the pool and the location of the existing

geotechnical study.

Σχήμα 2. Kάτοψη και κατακόρυφες τομές της δεξαμενής. Figure 2. Plan view and sections view of the pool.

Το σύστημα θεμελίωσης της δεξαμενής είναι επιπλέουσα θεμελίωση και είναι θεμελιωμένη σε βάθος 2.5m από την επιφάνεια του εδάφους σε μαλακούς αργιλικούς σχηματισμούς. Ο υδροφόρος ορίζοντας εντοπίστηκε σε βάθος 1.80m από την επιφάνεια του εδάφους.

Οι παρατηρούμενες μετακινήσεις (ανύψωση) οφείλονται κατά κύριο λόγο στην αποφόρτιση των υποκείμενων εδαφικών αργιλικών σχηματισμών δεδομένου ότι κατά τον σχεδιασμό της θεμελίωσης φαίνεται ότι δεν λήφθηκε υπόψη η εξισορρόπηση του βάρους της εκσκαφής με το βάρος της δεξαμενής.

Για τον προσδιορισμό της χρονικής εξέλιξης του φαινομένου αλλά και της τελικής τιμής της ανύψωσης, αποφασίσθηκε η εγκατάσταση συστήματος ενόργανης παρακολούθησης και η πραγματοποίηση ενός πλήρους κύκλου φόρτισης και αποφόρτισης (πλήρωση και εκκένωση) της δεξαμενής με ταυτόχρονη μέτρηση των κατακορύφων μετακινήσεων. Από τα αποτελέσματα της ενόργανης παρακολούθησης σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων κατέστη δυνατός ο επί-τόπου προσδιορισμός των τιμών του συντελεστή στερεοποίησης και του δείκτη διόγκωσης. 2. ΠΑΘΟΛΟΓΙΑ – ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΩΝ Από τις επί-τόπου επισκέψεις που πραγματοποιήθηκαν τον Νοέμβριο 2018 αλλά και τον Απρίλιο του 2019, διαπιστώθηκαν βλάβες στον περιβάλλοντα χώρο της δεξαμενής που σχετίζονται αποκλειστικά με την ανύψωση της δεξαμενής, Σχήμα 3. Η μέση ανύψωση της δεξαμενής εκτιμήθηκε 2.0cm, περίπου.

Σχήμα 3. Ανύψωση δεξαμενής, (α) Νότια πλευρά, (β), (γ) και (δ) Ανατολική πλευρά. Figure 3. Observed uplift a) South side, b), c) and d) East side

(α) (β)

Νοέμβριος 2018 Νοέμβριος 2018

Aπρίλιος 2019

Απρίλιος 2019 (γ) (δ)

Οι μηχανισμοί ανύψωσης που διερευνήθηκαν ήταν α) μεταβολή της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα και β) ανύψωση λόγω αποφόρτισης των υποκείμενων εδαφικών σχηματισμών. Η δεξαμενή βρίσκεται περίπου 25m σε οριζόντια απόσταση από το όριο της λιμνοθάλασσας του Μεσολογγίου, γεγονός που υποδηλώνει σχετικά μικρές εποχιακές μεταβολές της στάθμης του υδροφόρου ορίζοντα.

Με βάση τα κατασκευαστικά σχέδια, το επιλεγμένο σύστημα θεμελίωσης, το βάθος θεμελίωσης και τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα, προκύπτει ότι η τάση επαφής της πλάκας θεμελίωσης είναι qapp=12kPa με άδεια δεξαμενή ενώ qapp= 24kPa σε λειτουργία, συμπεριλαμβανομένης της άνωσης.

Η αρχική ενεργός κατακόρυφη γαιωστατική τάση, σ’ vo, στη στάθμη θεμελίωσης, με βάση τα αποτελέσματα της γεωτεχνικής έρευνας και τη στάθμη του υδροφόρου ορίζοντα, εκτιμήθηκε ίση με 42kPa, περίπου.

Γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι οι παρατηρούμενες μετακινήσεις σχετίζονται με τον μηχανισμό αποφόρτισης του εδάφους θεμελίωσης και ότι η χρονική εξέλιξη τους υποδηλώνει την παρουσία αργιλικών εδαφικών σχηματισμών.

3. ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ Η εκτίμηση των γεωτεχνικών παραμέτων του εδάφους θεμελίωσης πραγματοποιήθηκε με την επαναξιολόγηση υφιστάμενων γεωτεχνικών ερευνών πλησίον της περιοχής ενδιαφέροντος, Σχήμα 1, (Hydronet, 2002, Αθανασόπουλος και Ξενάκη, 2002).

Συγκεκριμένα αξιολογήθηκαν αποτελέσματα από 7 δειγματοληπτικές γεωτρήσεις και 5 δοκιμές CPT, οι οποίες διεξήχθησαν σε όμορο οικόπεδο, αποκαλύπτοντας την ύπαρξη πολύ μαλακών και χαλαρών εδαφικών σχηματισμών. Στο Σχήμα 4 παρουσιάζονται οι απλοποιημένες εδαφικές τομές που προέκυψαν από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των δοκιμών CPT.

Σχήμα 4. Απλοποιημένα εδαφικά προφίλ με βάση τα αποτελέσματα δοκιμών CPT. Figure 4. Simplified soil sections based on CPT results.

CPT-1 CPT-3 CPT-4 CPT-6 CPT-7

Aπό την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων των διαθέσιμων εργαστηριακών δοκιμών προέκυψαν οι κάτωθι γεωτεχνικές παράμετροι για βάθη 0.0m έως 15.0m, από την επιφάνεια του εδάφους:

• Μέση τιμή του δείκτη συμπίεσης, cc=0.15

• Mέση τιμή του αρχικού δείκτη κενών, eo=0.7

• Κορεσμένο ειδικό βάρος εδάφους, γsat=20kN/m3

Kάνοντας χρήση εμπειρικών συσχετίσεων (Budhu, M., 2011, Aθανασόπουλος, 2003), κατέστη δυνατός ο έμεσος προσδιορισμός του δείκτη διόγκωσης, cs = 0.03 4. ΕΝΟΡΓΑΝΗ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ Οπως αναφέρθηκε, αποφασίσθηκε η ενόργανη παρακολούθηση των κατακορύφων μετακινήσεων κατά τη διάρκεια ενός πλήρους κύκλου φόρτισης και αποφόρτισης.

Επιλέχθηκε η μέθοδος της γεωμετρικής χωροστάθμησης ως προς σταθερό σημείο ευρισκόμενο εκτός της περιοχής επιρροής της δεξαμενής.

Μετά από επιτόπια εκτίμηση της μορφολογίας του εδάφους, τις θέσεις των κτιρίων αλλά και του περιβάλλοντα χώρου, αποφασίσθηκε η θέση των σημείων παρακολούθησης. Τοποθετήθηκαν 11 σταθερά σημεία (στάσεις σταδίας) περιμετρικά χαρακτηριστικών θέσεων των δύο κολυμβητικών δεξαμενών, Σχήμα 5. Σε όλα τα σημεία τοποθετήθηκαν σταθεροί μεταλλικοί πύροι (μήκους 10cm μήκους και διαμέτρου 2.5cm περίπου) σε μικρές οπές επί εδάφους ή πλακιδίων, πληρώθηκαν και πακτώθηκαν με ειδικά πρόσμικτα ταχείας πήξεως.

Σχήμα 5. Σημεία ελέγχου κατακορύφων μετακινήσεων (1 έως 11) και το σταθερό σημείο Α1. Figure 5. Locations of displacement monitoring points (1 to 11) and reference point A1.

Oι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση αυτόματου οπτικού χωροβάτη (TOPCON, AT-

F6) ονομαστικής ακρίβειας καταγραφής 2.5mm/km, σε συνδυασμό σταδιών αλουμινίου 3.0m βαθμονομημένες ανά 1 cm, Σχήμα 6.

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων (έως σήμερα) παρουσιάζονται στο Σχήμα 7. Από την εξέταση των ανωτέρω αποτελεσμάτων (μέση καθίζηση 4mm/17 days) είναι φανερό ότι το φαινόμενο είναι σε εξέλιξη. Σημειώνεται ότι η πλήρωση της δεξαμενής πραγματοποιήθηκε σε 2 ημέρες από την έναρξη των μετρήσεων.

Σχήμα 6. Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση των μετακινήσεων. Figure 6. Τhe survey equipment used in the present study.

Σχήμα 7. Μεταβολή των κατακορύφων μετακινήσεων με τον χρόνο (Σημεία 5 έως 10). Figure 7. Variation of vertical displacements vs. time (Control points 5 to 10).

5. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ Για τον προσδιορισμό του δείκτη διόγκωσης αλλά και της διαπερατότητας του εδάφους πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις με τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων (PLAXIS 2D). Καταρτίστηκε αξονοσυμμετρικό εδαφικό προσομοίωμα, με χρήση του καταστατικού μοντέλου “Soft Soil” οι παράμετροι του οποίου φαίνονται στο Σχήμα 8.

Οι παράμετροι του προσομοιώματος καθορίστηκαν ώστε οι παρατηρήσεις πεδίου να ταυτίζονται με τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων, δηλαδή ανύψωση της δεξαμενής κατά 20mm, περίπου, σε συνθήκες «άδειας δεξαμενής» και καθίζηση 4mm σε 17 ημέρες σε συνθήκες «γεμάτης δεξαμενής».

Στο Σχήμα 9, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μετακινήσεων για «άδεια» και «γεμάτη» δεξαμενή κάτω από συνθήκες στράγγισης. Τα επιβαλλόμενα φορτία υπολογίστηκαν με βάση τα διαθέσιμα κατασκευαστικά σχέδια. Παρατηρείται ότι για εκλογή της τιμής του δείκτη διόγκωσης cs = 0.025, οι παρατηρήσεις πεδίου ταυτίζονται με τις υπολογιζόμενες μετακινήσεις.

Στο Σχήμα 10, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της στερεοποίησης κατά το στάδιο της επαναφόρτισης. Οι παρατηρήσεις πεδίου ταυτίζονται με τις υπολογισθείσες τιμές αν η οριζόντια διαπερατότητα λάβει την τιμή kx=0.002m/d, περίπου.

Σχήμα 8. Το δίκτυο πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιήθηκε στις αναλύσεις. Figure 8. The FEM model used for the analyses.

Σχήμα 9. Υπολογισμός της ανύψωσης μετά την εκσκαφή και κατασκευή της δεξαμενής α)

άδεια δεξαμενή και β) γεμάτη δεξαμενή για τιμή του cs = 0.025 Figure 9. Uplift calculation after the soil excavation and construction of the pool, a) empty

pool and b) full with water for value of cs = 0.025

(α) (β)

Σχήμα 10. Προσδιορισμός της τιμής της υδραυλικής διαπερατότητας ώστε να επιτυγχάνεται 4mm καθίζηση σε 17 ημέρες

Figure 10. Permeability determination for matching field observations (4mm/17 days). 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με βάση τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας μπορούν να εξαχθούν να κάτωθι στμπεράσματα: 1. Οι παρατηρούμενες μετακινήσεις (ανύψωση) οφείλονται στην αποφόρτιση των

υποκείμενων εδαφικών αργιλικών σχηματισμών δεδομένου ότι κατά τον σχεδιασμό της θεμελίωσης δεν λήφθηκε υπόψη η εξισορρόπηση του βάρους της εκσκαφής με το βάρος της δεξαμενής. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι και στην περίπτωση της πλήρως γεμάτης δεξαμενής τα φορτία εκσκαφής δεν εξισορροπούνται με το βάρος της δεξαμενής με αποτέλεσμα την συνεχιζόμενη ανάπτυξη μετακινήσεων ανύψωσης μέχρι σήμερα.

2. Τα αποτελέσματα ενόργανης παρακολούθησης σε συνδυασμό με τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων επέτρεψαν τον προσδιορισμό αντιπροσωπευτικής τιμής του δείκτη διόγκωσης αλλά και της τιμής της διαπερατότητας των εδαφικών σχηματισμών.

4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ - Barnes, G. (2010), “Εδαφομηχανική Αρχές και Εφαρμογές”, 3η, Eκδόσεις Κλειδάριθμος. Budhu, M. (2011), “Soil Mechanics and Foundations”, 3rd edition, WILEY publications. Hydronet, (2003), “Γεωτεχνική Έρευνα - Μελέτη για τις ανάγκες κατασκευής του

κολυμβητηρίου Ι.Π. Μεσολογγίου”, μελέτη προς Υπουργείο Πολιτισμού, Γενική Γραμματεία Αθλητισμού, Διεύθυνση Αθλητικών Έργων.

Plaxis (2019), “PLAXIS 2D Manuals” 2019 ”, https://www.plaxis.com/support/manuals/plaxis-2d-manuals/

Αθανασόπουλος Γ.Α., (2003), “Συνοπτική Θεωρία και Προβληματα Εδαφομηχανικής”, Πανεπιστημιακές Σημειώσεις, Πανεπιστήμιο Πατρών.

Αθανασόπουλος Γ.Α., Ξενάκη Β., (2002), “Εκτιμήσεις εδαφικών καθιζήσεων κατά την εκτέλεση των συμπληρωματικών εργασιών στην οδό ΛΙΜΑΝΙ-ΚΤΕΟ Μεσολογγίου με βάση τα αποτελέσματα εργαστηριακών εδαφικών δοκιμών”, τεχνική έκθεση προς Ν. Δ. Ζήκο, εργολήπτη δημοσίων έργων.