Ανάλυση εκδήλωσης βραχοκαταπτώσεων και προτάσεις μέτρων προστασίας στον οικισμό Επταχωρίου, Ηπείρου
Creators: name: Πελαγία, Αυγερινού Γεωρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Βραχοκαταπτώσεις
Επταχώρι
Μέτρα προστασίας
Rockfall
Eptahori
Protection measures

description: Η παρούσα εργασία αφορά την ανάλυση των βραχοκαταπτώσεων και τον προσδιορισμό των παραμέτρων της κίνησης του βόρειου απότομου πρανούς ανάντη του οικισμού του Επταχωρίου, Ηπείρου, όπου σημειώνονται εκτεταμένες δομές αστάθειας κατά μήκος του μετώπου του πρανούς, θέτοντας σε υψηλό κίνδυνο τον οικισμό κατάντη. Κατά μήκος του μετώπου του εξεταζόμενου πρανούς παρατηρούνται πολυάριθμες δομές παλαιότερων αστοχιών, οι οποίες αφορούν κυρίως υποσκαφές λόγω διάβρωσης ιλυολιθικών στρωμάτων υποκείμενων ψαμμιτικών πάγκων δημιουργώντας ασταθή επικρεμάμενα τεμάχη. Η περιοχή μελέτης αποτελείται γεωλογικά από μολασσικά ιζήματα της Μεσοελληνικής Αύλακας και, συγκεκριμένα από εναλλαγές ψαμμιτών με λεπτούς ιλυολιθικούς ορίζοντες, οι οποίοι καλύπτουν της βάση του εξεταζόμενου πρανούς. Οι σχηματισμοί της περιοχής παρουσιάζουν τεμαχώδη δομή, η οποία ελέγχεται από την επιφάνεια της στρώσης με γενική διεύθυνση ΒΔ – ΝΑ, η οποία αποτελεί την εμμένουσα ασυνέχεια της βραχόμαζας, καθώς και από παρακατακόρυφες διακλάσεις διεύθυνσης ΒΒΔ – ΝΝΑ εντός των ψαμμιτικών πάγκων. Οι διακλάσεις αυτές δρουν ως εφελκυστικές ρωγμές κατά μήκος του μετώπου του εξεταζόμενου πρανούς, καθώς το υψηλό ποσοστό ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων που χαρακτηρίζει την περιοχή εισέρχεται στις ανοιχτές ασυνέχειες της βραχόμαζας διευρύνοντάς τες τοπικά και δημιουργώντας σημαντικές ζώνες αστάθειας, καθώς το νερό δρα ως παράγοντας αποτόνωσης και απομείωσης της συνοχής και, κατ’ επέκταση, της αντοχής της βραχόμαζας δημιουργώντας οριακά ασταθείς συνθήκες. Σκοπό της παρούσας εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη τεχνικογεωλογικού μοντέλου για την ερμηνεία του μηχανισμού αστοχίας των βραχοκαταπτώσεων, η εκτίμηση της επιδεκτικότητας και της επικινδυνότητας του εξεταζόμενου πρανούς έναντι αστοχίας και, τέλος, η πρόταση και ο σχεδιασμός μέτρων προστασίας της οικιστικής ζώνης κατάντη του πρανούς. Για την εκπόνηση της παρούσας εργασίας πραγματοποιήθηκε λεπτομερής γεωλογική και τεχνικογεωλογική έρευνα στην περιοχή μελέτης κατά το διάστημα Ιουλίου – Αυγούστου 2018, καθώς και μετρήσεις πεδίου. Επιπρόσθετα, πραγματοποιήθηκαν σαρώσεις του πρανούς με χρήση επίγειου σαρωτή LiDAR (Light Detection And Ranging) και με πτήσεις με μη-επανδρωμένα ιπτάμενα οχήματα UAV (Unmanned Aerial Vehicle) για την τρισδιάστατη λεπτομερή αποτύπωση του εξεταζόμενου πρανούς. Από τα αποτελέσματα των παραπάνω ερευνών προσδιορίστηκαν με ακρίβεια οι δομές του πρανούς, εντοπίστηκαν ασταθείς ζώνες κατά μήκος του πρανούς και πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις όγκου επισφαλών τεμαχών, ώστε να αναπτυχθεί το σύνθετο τεχνικογεωλογικό μοντέλο του εξεταζόμενου πρανούς και να αξιολογηθεί η συμπεριφορά των σχηματισμών κατά τις καταπτώσεις. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση των βραχοκαταπτώσεων κατά μήκος του πρανούς στην περιοχή μελέτης με την ανάπτυξη μοντέλων προσομοίωσης τροχιών βραχοτεμαχών με την χρήση του προγράμματος RAMMS:: Rockfall, το οποίο συνιστά ένα πλήρες και ειδικευμένο πρόγραμμα προσομοίωσης τροχιών σε τρεις διαστάσεις. Σύμφωνα με τα παραπάνω μοντέλα, εξετάστηκαν όλες οι δυνητικές τροχιές των βραχοτεμαχών κατά μήκος του πρανούς και αναλύθηκαν οι δυσμενέστερες τροχιές όπου επιδείκνυαν το μέγιστο κίνδυνο, εκτιμώντας το χειρότερο σενάριο βραχοκαταπτώσεων κατά μήκος του πρανούς. Επιπλέον, προσδιορίστηκαν οι παράμετροι της κίνησης από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και οι προκύπτουσες παράμετροι του μοντέλου αξιολογήθηκαν σύμφωνα με εμπειρικούς συντελεστές αναπήδησης, ώστε να αποδοθεί προσεγγιστικά μία ρεαλιστική προσομοίωση της αστοχίας. Για τη δημιουργία του μοντέλου χρησιμοποιήθηκε λεπτομερές και ακριβές μοντέλο εδάφους από τα δεδομένα της επίγειας σάρωσης του πρανούς με LiDAR, με ανάλυση 0.5 m. Τα δεδομένα εισαγωγής του μοντέλου σχετικά με τον τύπο του εδάφους και τη βλάστηση στη βάση του πρανούς, καθώς και η καλύτερη δυνατή διαστασιολόγηση των βραχοτεμαχών καθορίστηκαν σύμφωνα με λεπτομερή δεδομένα της έρευνας πεδίου. Σύμφωνα με τα μοντέλα προσομοίωσης στο RAMMS:: Rockfall, τα βραχοτεμάχη αναπτύσσουν μέσο ύψος αναπήδησης 3 – 4 m με μέγιστο τοπικά έως 8 m κατά την αναπήδησή τους στους ψαμμιτικούς πάγκους, όπου η ταχύτητες των βραχοτεμαχών κυμαίνονται από 5 m/s έως 8 m/s φθάνοντας σε μέγιστη ταχύτητα 15 m/s. Κατά τη διάρκεια της κίνησής τους, τα τεμάχη αναπτύσσουν υψηλά ποσοστά κινητικής ενέργειας (8.000 – 12.000 kJ), τα οποία μειώνονται, όπως υποδεικνύουν οι τιμές των συντελεστών αναπήδησης, κατά την ολίσθησή τους επί του ιλυολιθικού στρώματος της βάσης του πρανούς. Κατά την κίνησή τους αυτή αναπτύσσονται δυνάμεις τριβής, οι οποίες προκαλούν την απορρόφηση υψηλού ποσοστού ενέργειας με αποτέλεσμα την ανακοπή της τροχιάς των βραχοτεμαχών ή την κύλισή τους έως τον πόδα του πρανούς, απειλώντας την οικιστική ζώνη. Σύμφωνα με την εκτίμηση των παραμέτρων της κίνησης από το RAMMS και συνεκτιμώντας τις δυσμενέστερες τροχιές τεμαχών κατά μήκος του πρανούς και εύλογες παραδοχές που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας εκτιμήθηκαν ζώνες υψηλής επιδεκτικότητας και επικινδυνότητας του πρανούς έναντι βραχοκαταπτώσεων. Επιπλέον, προτάθηκαν σειρές μέτρων προστασίας για τον περιορισμό της επικινδυνότητας σε όσο το δυνατό χαμηλότερο επίπεδο, όπως αποστράγγιση του πρανούς με κατασκευή αποστραγγιστικών τάφρων αλλά και κατασκευή δυναμικών φραχτών ανάσχεσης και τάφρων περισυλλογής βραχοτεμαχών για τη συγκράτηση ολισθαίνοντων τεμαχών.
description: This thesis is concerned with rockfall analysis and modelling rockfall parameters associated with the northern steep slope at Eptahori Village, Epirus, Greece, exhibits extended rockfall instabilities along its face, placing the village downstream at high risk. Along the face log of the examined slope numerus rockfall events were observed, mainly weathering of shale undercuts beds of sandstone forming unstable overhangs. The geological setting of the study area consists of molassic units, sandstone interbedded with thin layers of shale of the Mesohellenic Trench, which exceeds at the base of the slope. The formations of the area present blocky structure developed by the bedding with orientation NW – SE, which consists the main joint set of the rock mass as well by sub-vertical joints with orientation NNW – SSE within the thick sandstone layers. These joints act as tension cracks along the slope, since the high rate of atmospheric precipitation enters these open discontinuities of the rock mass widening them locally and creating significant zones of instability along the slope, as water acts as the main factor of instability and a factor for the degradation and impairment of cohesion and consequently the strength of the rock mass creating unstable conditions. The objective of this thesis is to develop engineering geological interpretation of rockfall events to evaluate the degree of rockfall hazard along the face of the slope and finally propose and design protection structures of the residential zone downstream the slope. A detailed field survey of the geological and engineering geological conditions were conducted during July – August 2018 along with field measurements. Moreover, thorough scanning of the face log of the slope carried out using terrestrial laser scanning (Light Detection And Ranging – LiDAR) as well flights above the study area using Unmanned Aerial Vehicle (UAV). According to the resulting products the slope structures were precisely determined, unstable zones were detected and volume measurements of hanging blocks were carried out so as to develop the complex engineering geological model of the slope and evaluate the behavior of the formations prior to rockfall. Rockfall analysis along the slope on the study area were conducted by developing rockfall trajectory simulation models using RAMMS:: Rockfall, which stands out to be a complete and advanced modelling software in simulation of rockfall trajectories in three dimensions. According to these models all the potential rockfall trajectories along the face of the slope were examined and the trajectories evaluated with high risk were analyzed, estimating the worst-case scenario of rockfall along the slope. Moreover, the parameters of motions of rocks were determined by the simulation results and the resulting model parameters were calibrated according to restitution coefficients in order to improve simulation results. The simulation model was developed by an accurate and detailed Digital Surface Model (DEM) of the terrain of the slope created by the resulting point cloud data set of LiDAR scanning with a high resolution at 0.5 m. The input parameters of the model concerning the type of terrain and vegetation at the slope as well the best-fit simulation of rock bodies were determined in accordance with detailed field observation data. Counter to the RAMMS:: Rockfall simulation model, the blocks develop an average jump height of 3 to 4 m with a local maximum of 8 m during bouncing at the sandstone benches, where the velocity of the rocks range from 5 to 8 m/s reaching a maximum of 15 m/s. During their motion the rocks develop high kinetic energy rates (8.000 – 12.000 kJ), which are reducing, as indicated by the values of the restitution coefficients, when sliding on the shale layers of the base of the slope. During this contact, friction forces develop which provoke the absorption of high amount of kinetic energy where either stopping the trajectories at the base of the slope or rolling with reduced velocity towards the toe of the slope, placing the residential zone at high risk. According to the RAMMS:: Rockfall simulation model and taking into account the worst-case scenario of rockfall trajectories along the slope, zones of high hazard against rockfall were assessed. In addition, a series of protection measures were proposed to reduce the hazard to the lowest possible level, which aim to the decrease the probability of failure by drainage of the slope by construction of drainage ditches. Moreover, protection structures were proposed in order to retain falling blocks by constructing flexible catch fences combined with wide and deep ditches in front of them.