Εκτίμηση & μέτρα αντιμετώπισης Μέρος 3ο –Εδαφικές δονήσεις
Με μία ανάλυση για τις εδαφικές δονήσεις ολοκληρώνεται η μεγάλη ανάλυση για τα ανεπιθύμητα φαινόμενα του κ. Λεωνίδα Καζάκου, Μηχανικού Μεταλλείων ΕΜΠ MSc, Τεχνικού συμβούλου σε θέματα εφαρμογής εκρηκτικών υλών υπεύθυνο για εκπόνηση μελετών ελεγχόμενων ανατινάξεων – μετρήσεις δονήσεων – επίβλεψη εργασιών.
Σε συνέχεια προηγούμενων σχετικών άρθρων για τα ανεπιθύμητα φαινόμενα των ανατινάξεων, θα αναφερθούμε στις εδαφικές δονήσεις.
Όταν γίνεται η έκρηξη των υλικών της γόμωσης στο εσωτερικό των διατρημάτων, η χημική ενέργεια των εκρηκτικών μετατρέπεται σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα (πρακτικά ακαριαία) σε μηχανική.
Το φαινόμενο είναι πολύ έντονο και προκαλεί ένα κρουστικό κύμα που διαδίδεται στη μάζα του πετρώματος προκαλώντας τον θρυμματισμό, καθώς οι τάσεις που αναπτύσσονται ξεπερνούν την αντοχή του (κρουστική φάση).
Καθώς το κρουστικό κύμα απομακρύνεται από την περιοχή του μετώπου εξόρυξης, εξασθενεί και δεν έχει πλέον την ενέργεια που απαιτείται για να δημιουργήσει ρωγμές στο πέτρωμα.
Έχει όμως αρκετή ενέργεια για να το παραμορφώσει ελαστικά και να προκαλέσει την ταλάντωση (δόνηση) των σωματιδίων του.
Έτσι λοιπόν σε κάθε ανατίναξη πάντοτε δημιουργούνται σεισμικά κύματα τα οποία οδεύουν τόσο δια μέσου της μάζας του πετρώματος (κύματα χώρου), όσο και στην επιφάνεια του εδάφους.
Τα επιφανειακά κύματα είναι αυτά που παρουσιάζουν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον, καθότι επηρεάζουν τις διάφορες κατασκευές που κατά κανόνα εδράζονται στο έδαφος.
Γνωρίζουμε από τη θεωρία των κυμάτων πως κάθε δόνηση (σεισμικό κύμα) χαρακτηρίζεται από τα μεγέθη “ένταση” και “συχνότητα”. Και τα δύο είναι εύκολα μετρήσιμα από όργανα που καλούνται “δονησιογράφοι”, που είναι στην ουσία μικροί σεισμογράφοι.
Από τις πολυάριθμες μετρήσεις που έχουν γίνει διεθνώς, προκύπτει ότι κατά τις ανατινάξεις προκύπτουν κατά κανόνα εδαφικές δονήσεις με συχνότητα από μερικά (8-10) έως και 100 Hz.
Οι διάφοροι γεωλογικοί σχηματισμοί φιλτράρουν τα σεισμικά κύματα που διαχέονται στο χώρο πέριξ της ανατίναξης, αποσβένοντας πιο γρήγορα αυτά με υψηλές συχνότητες.
Έτσι κοντά στην περιοχή των ανατινάξεων παρατηρούνται συνήθως οι υψηλότερες συχνότητες δόνησης, ενώ σε μεγαλύτερη απόσταση από τα μέτωπα εξόρυξης παρατηρούνται οι χαμηλότερες.
Ως ένταση της δόνησης έχει οριστεί η ταχύτητα με την οποία ταλαντώνονται τα στοιχειώδη σωματίδια του πετρώματος.
Χαρακτηρίζεται ως PPV (από τα αρχικά των λέξεων Peak Particle Velocity) & μετράται σε mm/sec. Αποτελεί καθοριστικό παράγοντα, αφού προσδιορίζει την επίδραση των εδαφικών δονήσεων στις διάφορες κατασκευές.
Το μαθηματικό μοντέλο υπολογισμού του PPV που χρησιμοποιείται διεθνώς, προτάθηκε από τους Duval & Petkof (1959, USBM κανονισμός RI 8507) και είναι :
όπου :
- Q η ποσότητα της εκρηκτικής ύλης σε kg ανά χρόνο επιβράδυνσης
- R η απόσταση της θέσης μέτρησης από το σημείο της έκρηξης σε μέτρα
- Κ & β αδιάστατοι συντελεστές που σχετίζονται με το είδος των λιθολογικών σχηματισμών στην περιοχή των ανατινάξεων και τον τρόπο που αποσβένουν τις δονήσεις.
Στην πράξη γίνεται υπολογισμός των Κ & β από το διάγραμμα “Scaled Distance” (Scaled distance ή SD = R / Q0,5) που προκύπτει από καταγραφές δονησιογράφου σε δοκιμαστικές ανατινάξεις μικρής κλίμακας.
Γνωρίζοντας τα μεγέθη PPV, R, Q (άρα και το SD) & με εφαρμογή της μεθόδου των ελαχίστων τετραγώνων, προκύπτει η γραφική απεικόνιση του SD σε σχέση με το PPV σε διπλό-λογαριθμική κλίμακα, απ’ όπου τελικά γίνεται εκτίμηση των Κ & β.
Είναι γενικά παραδεκτό ότι όταν PPV < 20 mm/sec δεν παρατηρούνται ζημιές στις συνήθεις κατασκευές.
Ειδικότερα εφαρμόζονται διεθνώς διάφοροι κανονισμοί – πρότυπα που καθορίζουν ρητά τις μέγιστες επιτρεπτές τιμές του PPV για τις διάφορες κατηγορίες κατασκευών, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητες κάθε μιας.
Στην Ελλάδα εφαρμόζονται τα οριζόμενα στο άρθρο 88 του ΚΜΛΕ (Κανονισμός Μεταλλευτικών & Λατομικών Εργασιών, YA 2223, ΦEK 1227 / 14.06.2011) που πρακτικά είναι οι απαιτήσεις του προτύπου DIN 4150-3.
Στην περίπτωση που κατά την παρακολούθηση των δονήσεων παρατηρηθεί υπέρβαση των καθορισμένων ορίων, θα προβούμε στις παρακάτω διορθωτικές ενέργειες :
- Πυκνή όρυξη διατρημάτων στην οριογραμμή της περιοχής των εξορύξεων τα οποία είτε θα παραμείνουν κενά (χωρίς γόμωση), είτε θα γομωθούν με ελαφρά γόμωση, για εφαρμογή ειδικών τεχνικών (“πρότμηση” ή προρηγμάτωση, απαλή εξόρυξη κλπ). Η “κουρτίνα” διατρήσεων ή/και η επιφάνεια που θα δημιουργήσει η εφαρμογή των “ειδικών τεχνικών”, αποτελούν πρακτικά “τεχνιτή ασυνέχεια” που λειτουργεί ως “μαξιλάρι” για την απόσβεση των σεισμικών κυμάτων. Άρα περιορίζεται η διάδοση τους.
· Εφαρμογή διακεκομμένων γομώσεων με 2 ή και περισσότερες ενδιάμεσες διακοπές στη στήλη των εκρηκτικών, όπως παρουσιάζεται στο ακόλουθο σχήμα. Με αυτό τον τρόπο το κάθε διάτρημα χωρίζεται σε 3 ή και περισσότερα επιμέρους τμήματα.
Χρησιμοποιώντας καψύλλια με διαφορετικό χρόνο επιβράδυνσης είναι εφικτό να επιτύχουμε ανεξάρτητη πυροδότηση κάθε επιμέρους τμήματος, οπότε και μειώνουμε την ποσότητα της εκρηκτικής ύλης ανά χρόνο.
· Αλλαγή συνδέσμων – επιβραδυντών στο κύκλωμα Nonel ώστε να μεταβληθεί η συχνότητα των παραγόμενων δονήσεων. Όπως είδαμε οι υψηλότερες συχνότητες επιτρέπουν μεγαλύτερο εύρος δόνησης (PPV), αφού οι χαμηλές είναι αυτές που προκαλούν προβλήματα στις διάφορες κατασκευές, μια και είναι κοντά στην ιδιοσυχνότητα τους (η συχνότητα στην οποία το πλάτος ταλάντωσης λαμβάνει τη μέγιστη τιμή è ταλάντωση με το μέγιστο εύρος è μεγάλη καταπόνηση).
Ο καθορισμός του βέλτιστου χρόνου επιβράδυνσης γίνεται έπειτα από ανάλυση Fourier στις καταγραφές των δονησιογράφων.
Ένα ζήτημα που πρέπει να ληφθεί υπόψη, είναι η διακύμανση στους χρόνους επιβράδυνσης των χρησιμοποιούμενων μέσων έναυσης.
Στα “συμβατικά καψύλλια” ο χρόνος επιβράδυνσης είναι ανάλογος της ποσότητας του πυροτεχνικού υλικού στο “στοιχείο επιβράδυνσης”, το οποίο θεωρητικά καίγεται με σταθερή ταχύτητα.
Στην πράξη όμως πάντα υπάρχει διακύμανση (συνήθως +/- 5%) στους χρόνους επιβράδυνσης, η οποία οφείλεται τόσο στην ποσότητα των υλικών, όσο και στην ταχύτητα καύσης τους.
Για παράδειγμα ένα καψύλλιο με ονομαστικό χρόνο επιβράδυνσης 42 ms στην πράξη εκρήγνυται μετά από περίπου 39 ms έως 45 ms. Συνεπώς είναι πιθανό να προκληθούν χρονικές επικαλύψεις στις διαδοχικές εκρήξεις (διαφορά μικρότερη των 8 ms). Προφανώς η χρήση καλής ποιότητας υλικών διασφαλίζει το επιθυμητό αποτέλεσμα.
Το πρόβλημα λύνεται χρησιμοποιώντας το σύστημα ηλεκτρονικής πυροδότησης, το οποίο βασίζεται σε πυροκροτητές που έχουν ως βασικό μέσο καθορισμού του χρόνου επιβράδυνσης micro chip (εξ’ ου και η ονομασία) και όχι πυροτεχνικό υλικό (στοιχείο επιβράδυνσης) όπως στα “συμβατικά καψύλλια”.
Με τους ηλεκτρονικούς πυροκροτητές (electronic detonators) μπορούμε να επιτύχουμε απόλυτο έλεγχο στους χρόνους επιβράδυνσης, με ακρίβεια της τάξης του 1 ms λόγω της δυνατότητας προγραμματισμού τους !!
Με κατάλληλο σχεδιασμό, προσεκτική & επιμελημένη εργασία, αλλά και εφαρμογή όλων των κανονισμών όλα γίνονται.
Λεωνίδας Καζάκος, Μηχανικός Μεταλλείων ΕΜΠ MSc Τεχνικός σύμβουλος σε θέματα εφαρμογής εκρηκτικών υλών Εκπόνηση μελετών ελεγχόμενων ανατινάξεων – μετρήσεις δονήσεων – επίβλεψη εργασιών
πηγή: Εργοληπτικόν Βήμα Νο_139 της ΠΕΣΕΔΕ
Ακολουθήστε το gobhma.gr στο Google News για να έχετε έγκαιρη & έγκυρη τεχνική ενημέρωση
