Applicazioni della geologia nelle costruzioni di ingegneria

Questo articolo getta luce sulle prime sei applicazioni della geologia nella costruzione di ingegneria.

1. Pietre da costruzione:

Ci sono vari tipi di rocce che devono essere vestite e lavorate per modellare per il loro utilizzo nelle costruzioni. Determinate proprietà geologiche e fisiche devono essere soddisfatte per una buona pietra da costruzione. La durata, la facilità di trasporto e un aspetto gradevole oltre alla facilità del processo di estrazione sono alcune delle proprietà importanti richieste per la costruzione di pietre.

È necessario conoscere la composizione minerale della pietra da costruzione per determinarne l'idoneità e la durata. Alcuni minerali come la chert, la pirite, il contenuto di mica alto sono dannosi e nocivi e le rocce che li contengono devono essere evitati. La presenza di minerali come la pirite che si ossida facilmente producendo macchie antiestetiche rende le rocce indesiderabili. Le rocce a grana grossa sono più deboli delle rocce a grana fine.

Affinché una pietra sia duratura, deve mantenere le sue dimensioni originali, la sua forza e il suo aspetto per periodi molto lunghi. Questi sono possibili solo quando le pietre hanno la capacità di resistere all'azione atmosferica dell'atmosfera e delle piogge. Altre proprietà per lavori di costruzione e altre proprietà di pietre da costruzione sono la forza di schiacciamento, la resistenza al fuoco, l'assorbimento ecc.

Le rocce generalmente usate per edifici e altre costruzioni sono granito e altre rocce ignee e calcare, marmo, ardesia, arenaria. Tra le rocce metamorfiche ignee e ignee, le rocce generalmente utilizzate sono i graniti e gli gneiss.

I graniti, per la loro consistenza granulare, il colore gradevole e le proprietà favorevoli come l'elevata resistenza alla compressione e il basso assorbimento sono utilizzati principalmente. I graniti possono essere estratti facilmente poiché hanno determinati giunti e piani divisori ben sviluppati. Per basalti stradali in metallo e dolomiti sono adatti. Questi tuttavia non sono solitamente preferiti per lavori di costruzione poiché sono scuri o di colore opaco.

Pietre di sabbia e quarziti si presentano in abbondanza e vengono utilizzate per lavori di costruzione. I quarziti a causa della loro estrema durezza rendono il lavoro difficile e non possono essere preferiti nella muratura. I calcari, che sono facilmente estratti, vengono utilizzati principalmente per lavori di costruzione. Sono leggeri e disponibili in colori piacevoli. I marmi sono più comunemente usati per lavori decorativi negli edifici.

L'ardesia che è una roccia metamorfica può essere suddivisa in modo uniforme in strati sottili e viene utilizzata per coperture e pavimentazioni negli edifici. Laterite, una roccia duratura viene usata come pietra da costruzione. Viene anche usato come metallo da strada soprattutto in paesi tropicali come l'India. Con l'ampio uso di cemento armato negli edifici e in altre costruzioni, le rocce vengono frantumate in aggregati di piccole dimensioni e utilizzate per la produzione di cemento.

Per gli aggregati per la produzione di graniti di cemento, si utilizzano soprattutto quarziti e basalto. Oggi i muri di cemento e cemento armato sono talvolta rivestiti di pietre per presentare un aspetto attraente e anche come strato protettivo contro l'acqua piovana e i gas atmosferici.

Le pietre naturali presentano la grandezza e la bellezza degli edifici. Oltre a questi, la manutenzione e la manutenzione delle strutture in pietra non è difficile e di conseguenza i graniti e il calcare sono ampiamente usati come pietre da rivestimento.

India's Building Stones:

La maggior parte dei templi e degli edifici pubblici nell'India meridionale sono stati costruiti con graniti e gneiss disponibili nelle più antiche rocce archaiane dell'India. Una varietà di granito chiamata charnockite è una pietra da costruzione eccellente che viene utilizzata nella costruzione delle sette pagode a Mahabalipuram vicino a Chennai. Le arenarie vindhyan e anche le arenarie di altre formazioni più vecchie sono usate molto bene come pietre da costruzione in India.

Le arenarie vindhyan erano usate nelle costruzioni di grandi strutture come le buddiste Stupa di Saranath, Barhut, Sanchi, la città dell'imperatore Akbar di Fatehpur Sikri vicino ad Agra e i famosi edifici Mughal ad Agra e Delhi, gli edifici Loksabha, il Rashtrapati Bhavan e amministrativo edifici per uffici del governo indiano a Nuova Delhi. Le arenarie vindhyan sono usate per pavimentazioni, coperture, pali telegrafici, davanzali ecc.

Le arenarie di Athgarh delle rocce superiori del Gondwana in Orissa sono una varietà di grande bellezza e durata. Queste arenarie sono state utilizzate nelle costruzioni dei famosi templi di Puri-Jagannath, Bhubaneswar, Konark e le grotte buddiste di Kandagiri e Udayagiri. Le arenarie di Tirupathi dell'Andhra Pradesh e le arenarie di Sathyavedu del Tamil Nadu sono usate negli edifici e anche queste arenarie sono ottenute dalle formazioni di Gowanda.

I calcari si trovano in molti posti in India. Questi servono come pietre da costruzione e ornamentali eccellenti. Il prestigioso Taj Mahal fu costruito con i marmi Makrana di Archaen Dharwars. Il calcare di buona qualità si trova nei distretti di Guntur e Kurnool nell'Andhra Pradesh.

Le famose lastre di cadappa utilizzate come pietre da pavimentazione, tavoli, gradini e pietre di recinzione provengono dal calcare estratto in Andhra Pradesh vicino a Yerraguntha (distretto di Cadappa) e Betamcherla (distretto di Kurnool). Hanno una buona lucidatura e possono essere divisi in lastre di 12 mm o più di spessore fino a 1, 25 m di dimensione.

Maharashtra, Madhya Pradesh, costa occidentale del Malabar e altri luoghi sono noti per la presenza di laterite di buona qualità. È una pietra da costruzione durevole. Può essere tagliato in blocchi una volta estratto. Si indurisce per le esposizioni all'aria. A causa della sua presenza abbondante è anche usato come metallo da strada.

Le liste vengono estratte vicino a Dharmsala nel distretto di Kangra, Kund nel distretto di Gurgaon, Monghyr nel Bihar e Markapur sul confine di Nellore-Kurnool.

Estrazione di pietre:

Sono seguiti due tipi distinti di estrazione. In un tipo di estrazione l'oggetto è ottenere pietre sotto forma di blocchi grandi e non frantumati. Nell'altro tipo l'oggetto è quello di ottenere forme irregolari e ruvide di pietre destinate all'aggregato di calcestruzzo, metalli stradali e vari processi di fabbricazione.

I metodi di estrazione dipendono dalla struttura, dalla scissione, dalla durezza, dalla composizione e da altre proprietà fisiche, nonché dalla posizione e dal carattere dei depositi.

Un principio di base nell'estrazione è che la superficie di lavoro della cava dovrebbe essere pianificata in modo tale che la roccia separata debba scivolare liberamente e scivolare in avanti per lo più a causa del proprio peso. Potrebbe non essere giustificato iniziare il lavoro di sviluppo di un deposito prima che ci venga assicurata la disponibilità di roccia nella qualità desiderata e in quantità abbondante degna di essere sfruttata in modo proficuo.

Come scarpata o scogliera lungo una gola o ruscello può servire come un indicatore prezioso per capire la sezione trasversale a vari livelli e consente anche test di qualità a diversi livelli. In situazioni in cui tali condizioni non esistono sul sito, potrebbe essere opportuno eseguire fori di prova a intervalli per raccogliere dati sulla qualità della roccia.

La qualità e le proprietà della roccia da estrarre dipendono dal suo utilizzo. Ad esempio la composizione chimica della roccia è una considerazione importante da utilizzare come flusso di fornace, in calce o cemento. Le proprietà fisiche sono più importanti quando le rocce sono destinate a costruire pietre da costruzione o pietre dimensionali rispetto alle proprietà chimiche. (Le pietre dimensionali si riferiscono a masse di pietra richieste sotto forma di blocchi di forme e dimensioni specificate).

I metodi di estrazione dipendono dalle caratteristiche geologiche. Ci sono tre metodi importanti di estrazione, vale a dire. Metodo spina e piuma. Metodo di esplosione o brillamento e Canalizzazione tramite macchinari.

Il metodo plug and feather in incuneamento e taglio è fatto in cava di arenaria. Il metodo dell'esplosivo o del brillamento è utilizzato per l'estrazione di pietrisco. Il metodo è di perforare, esplodere con esplosivi e cavare il materiale. Il metodo di canalizzazione mediante macchinari viene utilizzato per estrarre calcare.

2. Rifornimento idrico:

Le fonti di approvvigionamento idrico sono (i) acque superficiali da fiumi e bacini di stoccaggio (ii) acque sotterranee da pozzi, trivellazioni e pozzi artesiani. Quando la pioggia cade sulla terra viene dispersa in parte scappando dalla superficie e in parte per percolazione nel terreno. Nelle zone umide temperate basse si stima che un terzo della caduta della pioggia raccolta costituisce la scarica, un terzo sprofonda nel terreno e l'equilibrio si perde per evaporazione.

Fonti di acqua sotterranea:

L'acqua sotterranea deriva da diverse fonti. In parte, l'acqua sotterranea è un contributo diretto dell'attività magmatica o vulcanica. Nel processo di cristallizzazione viene esclusa l'acqua che si sposta nella roccia adiacente per diventare parte della riserva sotterranea. Tale acqua esclusa nella cristallizzazione delle rocce ignee è chiamata acqua giovanile o acqua magmatica. (Molti depositi di minerali e vene minerali sono stati fatti da acqua giovanile).

Sotto i mari, i sedimenti depositati contengono acqua negli interstizi. Dopo che alcuni sedimenti impervi sono stati depositati, parte di quest'acqua può essere imprigionata e trattenuta nei sedimenti, fino a quando non viene tappata. L'acqua così intrappolata nei sedimenti al momento della deposizione si chiama acqua connata. L'acqua salata incontrata localmente in alcuni pozzi interni è connatata all'acqua.

La fonte principale di acqua sotterranea è una porzione della precipitazione che affonda nel terreno. Questa parte importante dell'acqua sotterranea è chiamata acqua meteorica.

L'approvvigionamento idrico da fonti di superficie comprende non solo l'acqua ottenuta localmente da fiumi e laghi ma anche da bacini artificiali situati per lo più a una certa distanza dall'area da fornire. Quindi, una città che si trova vicino a un grande fiume utilizza spesso l'acqua da quella fonte. L'acqua viene filtrata e, se necessario, purificata chimicamente e batteriologicamente prima di essere utilizzata.

Le fonti fluviali possono essere prontamente accessibili e spesso meno costose da ottenere rispetto alle forniture di pozzi che possono comportare costosi programmi di perforazione. Al contrario, il costo di purificare l'acqua del fiume prima di essere messo a disposizione del pubblico è maggiore delle spese per il trattamento dell'acqua di pozzo.

I laghi e i fiumi erano il luogo più facile da cui si poteva ottenere l'acqua. Tuttavia, anche nelle primissime civiltà è noto che esisteva la necessità di scavare pozzi per attingere acqua dal sottosuolo. Gli spazi porosi delle rocce reggono l'acqua. Nelle arenarie non cementate i pori formano dal 20 al 25% della roccia.

Nelle scisti la porosità potrebbe essere ancora più alta. Tuttavia, è possibile ottenere acqua solo da tali rocce che possiedono una permeabilità considerevole oltre alla porosità. Queste rocce di riserva sono chiamate falde acquifere. Le falde acquifere sono per lo più costituite da arenarie. Anche alcune rocce calcaree e altre rocce contengono acqua nelle fratture. È probabile che i tassi di movimento dell'acqua siano elevati lungo le zone di guasto e di articolazione.

3. Water Table:

La falda freatica è una delle caratteristiche più importanti legate allo studio delle falde acquifere. La falda freatica è il livello al di sotto del quale il terreno è completamente saturo di acqua e al di sopra del quale gli spazi porosi delle rocce contengono acqua e aria. La falda acquifera sale sotto le colline e cade verso laghi e ruscelli.

Fig. 18.1 Mostra la relazione tipica tra la falda freatica e la topografia. La falda freatica sarà ovviamente al livello di fiumi e laghi ai loro margini. La profondità dalla superficie del terreno alla falda dipende molto dal tipo di roccia e dal clima. Nelle regioni umide, il terreno saturo può essere raggiunto a pochi metri di profondità sotto la superficie.

La falda freatica nelle paludi si trova a poco sopra la superficie terrestre. Al contrario nei deserti la falda freatica potrebbe essere centinaia di metri sotto il livello del terreno. In generale tutte le rocce sotto la falda acquifera si saturano d'acqua fino a quando non viene raggiunto un livello verso il basso, in corrispondenza del quale l'alta pressione dovuta al peso dell'overload diminuisce lo spazio dei pori quasi a zero. Ci sono alcuni casi di strati impermeabili che possono contenere acqua ad una profondità superiore alla normale falda acquifera dell'area.

Possono esistere alcune situazioni in cui gli strati impermeabili possono contenere un corpo idrico ad un livello superiore al livello della normale falda freatica. In tali casi, come mostrato in Fig. 18.2, è evidente che la parte superiore del corpo d'acqua può essere penetrata perforando un pozzo mentre il terreno sottostante può essere praticamente asciutto.

Le condizioni della falda possono variare su molte aree a causa dell'alternanza di strati permeabili e impermeabili, pieghe e linee di faglia. Strati impermeabili possono ostruire il flusso di acqua sotterranea e isolare gli orizzonti portatori d'acqua con il risultato che ogni gruppo di strato permeabile può avere una propria falda freatica indipendente. I raccolti di tali strati sono generalmente responsabili di linee di molle intermittenti lungo un lato della collina come in Fig. 18.3.

4. Pozzi artesiani:

In alcuni punti l'acqua sotterranea è tenuta in una zona permeabile da rocce impermeabili su due lati. L'acqua così trattenuta è acqua confinata e la zona permeabile è chiamata acquifero. Questo confinamento dell'acqua è di solito sotto pressione e quindi salirà in un pozzo che lo attinge. Tale acqua confinata sotto pressione è chiamata acqua artesiana. Un pozzo in cui l'acqua sale al di sopra del livello dell'acqua sotterranea adiacente è chiamato pozzo artesiano.

Le seguenti condizioni sono necessarie per il flusso artesiano:

(i) Una zona o letto permeabile, cioè una falda acquifera.

(ii) Rocce relativamente impermeabili sopra e sotto in modo da confinare l'acqua nella falda acquifera.

(iii) Adeguata immersione della falda per fornire un gradiente idraulico.

(iv) un'area di aspirazione tale che la falda possa essere caricata con acqua.

Queste condizioni sono mostrate in Fig. 18.4. Lo strato di roccia impermeabile sopra e sotto la falda è necessario per assicurare contro la perdita della testa. La pendenza dei letti fornisce un gradiente idraulico che si estende dal livello di saturazione lungo la discesa della struttura fino a quando la struttura continua. Le acque artesiane si trovano più comunemente in strati di arenaria permeabili coperti da scisti impermeabili o altri tipi in una serie di rocce sedimentarie.

Quando l'acqua viene pompata in modo continuo da un pozzo, la velocità di scarico attraverso le rocce è di solito molto inferiore al tasso di pompaggio e il flusso attraverso le rocce non sarà sufficiente a mantenere la testa originale e di conseguenza la falda viene depressa attorno al pozzo che porta a un depresso tavolino conico chiamato cono di depressione o cono di esaurimento. Un pozzo profondo da cui viene pompato un grande tasso di scarico può comportare il raggiungimento di uno stato di esaurimento portando i pozzetti più piccoli vicini entro il campo del cono di depressione.

Acque sotterranee nelle regioni e isole costiere:

La presenza di acque sotterranee fresche nelle regioni costiere e nelle isole è una questione di interesse. Gli strati in tali aree sono permeabili per lo più costituiti da sabbia, terriccio, coralli, calcare ecc. Quando la pioggia cade, l'acqua piovana si infiltra in questo strato e diventa l'acqua freatica fresca.

L'acqua salata del mare penetra comunque nel substrato spingendo l'acqua fresca verso l'alto in modo da farlo galleggiare sopra, poiché l'acqua di mare è più densa dell'acqua dolce. (Si può notare che una colonna di 12 m di acqua salata del mare equilibra una colonna di 12, 3 m di acqua dolce). In Fig. 18.6 il Colum H di acqua dolce è bilanciato dall'altezza h di acqua salata. Se l'altezza della tavola di acqua dolce al di sopra del livello del mare è t.

allora, H = h + t = Sh

dove S = peso specifico dell'acqua salata.

(S - 1) h = t

H = t / S - 1

Occasioni di acque sotterranee in India:

Le pianure fluviali dell'Indo e del Gange sono enormi serbatoi di acqua dolce che riforniscono i pozzi. Nelle regioni collinari sorgono sorgenti dove le rocce permeabili e impermeabili sono intercalate e inclinate o piegate. Si formano dove le rocce sono attraversate da giunture, fessure e faglie.

I basalti vesicolari formano buone falde acquifere nelle formazioni di trappole del Deccan del Maharashtra e del Madhya Pradesh che producono acqua buona. Gujarat, South Arcot nel Tamil Nadu, Pondicherry e distretti di Godavari est e ovest in Andhra Pradesh contengono sorgenti artesiane.

Nei distretti di Tanjore, Madurai e Trunelveli del Tamil Nadu il sottosuolo è costituito da argilla o roccia tenera che produce una buona quantità di acqua buona. Nelle regioni della costa occidentale come il Kerala e il Karnataka il substrato è laterite che produce principalmente una buona quantità di acqua freatica. Le sorgenti termali e minerali sono presenti in diverse parti dell'India: Mumbai, Punjab, Bihar, Assam, ai piedi dell'Himalaya e Kashmir.

5. Siti di dighe e bacini idrici:

Distinti dai rifornimenti fluviali, le sorgenti di superficie montane forniscono acqua alle città, l'acqua viene immagazzinata in bacini di raccolta e trasportata alle città tramite tubazioni e acquedotto. Le dighe sono anche per il sequestro di acqua per la produzione di energia idroelettrica, insieme con le gallerie per il trasporto dell'acqua.

Laddove il deflusso viene utilizzato in questo modo (che è distinto dalla frazione di percolazione della caduta della pioggia) e l'acqua viene sequestrata, ci sono molti fattori geologici da considerare nella scelta del sito sia per il serbatoio che per la diga. Il serbatoio dovrebbe essere di massima efficienza di ritenzione idrica e la diga deve essere fondata in modo sicuro.

La consulenza geologica è ora un giorno cercata per la maggior parte delle grandi imprese di ingegneria civile ed è generalmente essenziale quando un sito di qualsiasi dimensione per un serbatoio deve essere selezionato.

Quando le condizioni geologiche sono studiate e ritenute soddisfacenti, possono essere gestite dall'ingegnere, tuttavia l'ingegnere dovrebbe avere una conoscenza sufficiente della geologia per riconoscere i probabili problemi che potrebbero verificarsi e quando è necessario un parere di un esperto.

Un'investigazione geologica approfondita dovrebbe essere fatta prima che i lavori siano avviati e tutte le osservazioni dovrebbero continuare durante il loro progresso, poiché potrebbero essere disponibili ulteriori informazioni e potrebbero essere necessarie previsioni geologiche per guidare il programma di scavo come proventi della costruzione.

Dovrebbe essere realizzato che il fallimento di una grande diga provoca un disastro diffuso a valle, un disastro che coinvolge correttamente e vive a centinaia. Gli ingegneri e il loro staff hanno quindi una responsabilità straordinaria. I problemi geologici in alcune località possono sorgere inaspettatamente e possono essere complessi e richiedono un'analisi professionale altamente qualificata.

Potrebbe non essere fuori luogo menzionare, che è vero che molti fallimenti di dighe non si verificano a causa di un design difettoso della struttura stessa, ma a causa di tali condizioni geologiche che non erano adeguatamente comprese in anticipo. Se la severità delle infiltrazioni del suolo era passata inosservata e la diga è stata costruita a spese elevate, la diga potrebbe anche rimanere forte e robusta, ma senza innalzare il livello dell'acqua a monte, sconfiggendo così il vero scopo della diga.

L'autore è tentato di citare le seguenti parole più toccanti del grande geologo. Berkey nel suo lavoro Responsabilità dei geologi nei progetti di ingegneria.

Le dighe devono resistere. Non tutti lo fanno, e ci sono tutti i gradi di incertezza su di loro. I serbatoi devono contenere acqua. Non tutti lo fanno, e ci sono molti modi in cui l'acqua può essere persa.

Il lavoro deve essere fatto in sicurezza come un lavoro di costruzione. Non tutti sono, esistono molte fonti di pericolo.

L'intera struttura deve essere permanente e il lavoro deve essere fatto nel preventivo originale. Non tutti sono, e ci sono molte ragioni per il loro fallimento o costo in eccesso, la maggior parte di loro geologica o di dipendenza geologica.

Tipi e scopi delle dighe:

Le dighe sono costruite per fungere da barriere per imporre l'acqua destinata a vari scopi. Gli usi principali sono di fornire la regolazione e lo stoccaggio del flusso per l'approvvigionamento idrico di comunità o industriale, la potenza, l'irrigazione, il controllo delle inondazioni, la regolazione del sedimento del flusso ecc.

Le principali classi di dighe sono dighe di terra o di roccia e muratura. La scelta del tipo di terra o di roccia è basata su fondamento, fonti di materiali e, naturalmente, sull'economia del progetto. In situazioni in cui il materiale sottostante è troppo debole per sostenere una diga in muratura e le rocce forti esistono solo a profondità molto elevate, vengono utilizzate dighe piene di terra o di roccia.

Laddove è presente roccia impervia nel sito a piccole profondità sufficientemente forti da supportare una struttura in muratura, è possibile costruire una diga in muratura o una diga di terra. La scelta sarebbe il risultato dell'analisi economica.

Le dighe terrestri possono essere omogeneamente impermeabili o possono essere fornite di impermeabili, nuclei e rivestimenti. I soliti tipi di dighe concrete sono tipi di gravità, arco e contrafforti. La terra e le dighe in muratura richiedono risorse economiche del materiale necessario per la costruzione.

6. Gallerie:

Forse in nessun altro progetto di ingegneria la fattibilità, la pianificazione, i costi, il design, le tecniche utilizzate e il rischio di incidenti gravi durante la costruzione dipendono così tanto dalla geologia del sito quanto dal tunneling.

Mentre la zona in cui è costruito un tunnel è determinata dal suo scopo, la decisione di scavare un tunnel (piuttosto che dire costruire un ponte) è influenzata dalle relative difficoltà geologiche. La linea precisa del tunnel può essere decisa da una scelta di condizioni geologiche locali favorevoli o difficili.

La relativa facilità di estrazione delle rocce e la stabilità della roccia e della faccia sono i principali fattori nei tassi di progresso e di fissazione dei costi e anche per scoprire se è possibile utilizzare una perforatrice e se il terreno ha bisogno di un supporto e se è necessario usare aria compressa.

Ad esempio, se un canale sepolto o un profondo solco in piena di sabbia e ghiaia saturi sono stati incontrati inaspettatamente, il conseguente afflusso di acqua sulla faccia della galleria comporterebbe un grave incidente.

In un progetto di tunneling sono da considerare i seguenti fattori geologici:

(a) La facilità nell'estrazione di rocce e terreni.

(b) La forza delle rocce e la necessità di sostenerle.

(c) Quanta materia rocciosa viene inavvertitamente scavata oltre il perimetro previsto del profilo del tunnel (cioè in caso di rottura) dove vengono utilizzati esplosivi.

(d) Presenza di acqua sotterranea e necessità di drenare lo stesso.

(e) L'eventuale alta temperatura prevalente nelle gallerie molto lunghe e la conseguente necessità di ventilazione.

L'entità del grado di variazione delle condizioni sopra descritte lungo la linea del tunnel è importante nella pianificazione e anche nei costi. Il cambiamento è correlato alla struttura che controlla quale tipo di roccia è presente in un determinato segmento del tunnel e in che modo gli strati di roccia e altre proprietà anisotropiche sono orientate rispetto alla faccia della galleria e quanto è indebolito dalla frattura.

Per lo scavo di un tunnel le condizioni geologiche ideali sono le seguenti:

(a) Si incontra un tipo di roccia.

(b) Le zone di guasto e le intrusioni sono assenti.

(c) Non sono necessarie disposizioni speciali di supporto vicino al viso.

(d) Le rocce sono impermeabili.

In condizioni geologiche uniformi, può esserci un tasso uniforme di progresso senza bisogno di tempo per cambiare le tecniche e elaborare disposizioni vulnerabili. La capacità del rock di sopportare tagli e il fattore di costo sono considerazioni importanti.

La costruzione è resa molto costosa nelle seguenti situazioni:

(a) Si incontra una grande quantità di acqua.

(b) A causa dell'eccessiva temperatura della roccia, il luogo non è adatto ai lavoratori.

(c) La roccia è caricata con gas nocivi.

Tunnel in Loose Ground:

Nei casi in cui un tunnel è guidato a basse profondità (ad esempio a una profondità di circa 15 m) esiste un possibile pericolo di collasso del tetto e anche il collasso dei lati a causa della pressione radiale. È quindi necessario prendere precauzioni durante l'operazione e il rivestimento.

Nei casi in cui un tunnel è guidato a grande profondità (ad esempio a una profondità di 30 ma 60 m), il materiale consolidato può reggere bene a meno che non sia pesantemente inzuppato d'acqua. In questo caso la pressione sul tetto e sui lati sarà minore e vi è meno possibilità di caduta di massi dall'alto e dai lati. Il tunnel, tuttavia, deve essere allineato dappertutto.

In questo caso esistono alte temperature di roccia. Più profondo è il tunnel, più alta sarà la temperatura. L'alta temperatura può essere superata mediante annaffiatura o mediante raffreddamento a freddo. In questo caso è improbabile che si verifichi l'acqua di sorgente. Potrebbe non esserci bisogno di legname, tranne in alcuni casi. Anche il rivestimento può essere evitato.

Tunnel in rocce sedimentarie:

In questi casi, possono essere soddisfatte le molle pesanti. È quindi necessario fornire rivestimento. A volte si incontrano gas carbonacei e questi sono superati dal getto d'acqua.

Tunnel in rocce metamorfiche:

Il progresso del tunneling dipende dalla natura delle rocce e dalle loro proprietà come la durezza, la coesione. Lo scavo per il tunnel è abbastanza facile nelle rocce consolidate come rocce ignee e metamorfiche. Es: granito, pietra calcarea, marmo.

Nel caso di rocce stratificate di rocce sedimentarie, la guida dovrebbe essere lungo lo sciopero dei letti, in modo che gli stessi letti siano rispettati nella direzione del progresso e le condizioni di lavoro siano le stesse. Nelle formazioni sedimentarie, la parte principale del tunnel può essere posizionata nello scisto e nella marna poiché il processo di taglio sarà facile.

Inoltre la pietra arenaria superiore servirà come un buon tetto mentre il calcare inferiore più basso può fungere da buon pavimento. Fornire un tunnel in pietra arenaria in strati inclinati è pericoloso. In condizioni di roccia secca non ci può essere uno stato pericoloso, ma quando l'acqua percola la condizione diventa pericolosa (Fig. 18.17).

In rocce stratificate di fogli più sottili uno o più letti sono esposti al tunnel e l'acqua può trovare la sua strada. Ci sono possibilità di movimenti lungo i piani del letto ed è possibile che l'intera lunghezza del tunnel possa essere soggetta a tranciatura.

Dove i letti sono fortemente inclinati, dovremmo evitare di collocare il tunnel in pietra arenaria. Inoltre, non è consigliabile posizionare il tunnel tra arenaria e scisto, poiché la pietra arenaria potrebbe scivolare contro lo scisto e bloccare il tunnel.

Tunnel in strati obliqui:

In questo caso, se il tunnel è guidato attraverso lo sciopero di uno strato inclinato, è probabile che l'acqua venga soddisfatta maggiormente. C'è il pericolo che un letto scivoli rispetto al letto adiacente sottostante.

Tunnel attraverso la piega anticlinale:

In questo caso c'è una paura che il tetto cada sotto l'arco della piega proprio sopra il tunnel.

Tunnel attraverso la piega sinottica:

In questo caso ci saranno seri problemi dall'acqua in condizioni artesiane nei letti porosi della sezione.

Metodi di scavo:

Quando un tunnel deve essere costruito attraverso un terreno non coesivo o rocce deboli (morbide), il problema principale è sostenere il terreno piuttosto che scavarlo. Di solito lo scavo viene effettuato utilizzando una macchina per scavo a terreno morbido dotata di una testa di taglio rotante. Questo può avere un sistema rotante a pieno facciale che rimane a contatto con la faccia del terreno mentre la testa della fresa avanza.

Piccole fette di terreno vengono alimentate attraverso le fessure nella testa della fresa. La faccia di lavoro è supportata da fluido compresso che può essere aria compressa nel tunnel o dove viene utilizzata una macchina complessa, limitata all'area del viso da una paratia di pressione.

Il precedente metodo di avere aria compressa nel tunnel stesso comporta il rischio di disabilità per i lavoratori e richiede un tempo speso improduttivo al termine di ogni turno di decompressione.

Negli sviluppi successivi di successo, una fanghiglia di fango e acqua con argilla tixotropica aggiunta, viene utilizzata sul viso invece dell'aria. L'argilla resiste all'insediamento all'interno del liquame e tende a formare una torta di chiusura sul viso. Mentre la macchina funziona, i supporti vengono installati dietro di esso.

Il principale fattore che regola il tasso di progresso e i costi nella costruzione del tunnel in rocce forti (duri) è in gran parte la relativa facilità di scavo. Nel metodo tradizionale, le sezioni successive del tunnel vengono sabbiate perforando un modello di fori nella roccia e caricandoli con esplosivi e fuoco.

La necessità di qualsiasi supporto e il tipo di supporto da fornire dipende dalla relativa stabilità del tetto e anche dalle pareti del tunnel. Bulloni di roccia ampiamente distanziati e reti metalliche possono essere utilizzati per piccoli frammenti sciolti, mentre possono essere utilizzati fasci di anelli distanziati molto ravvicinati dove c'è il rischio di caduta di massi.

Negli ultimi tempi l'uso di esplosivi è stato gradualmente sostituito da macchine per la perforazione del rock per alcuni tipi di importanti progetti di tunneling. Le macchine dotate di frese speciali contenenti inserti in carburo di tungsteno a distanza ravvicinata possono affrontare rocce di resistenza a sollecitazioni di compressione superiori a 300 MN / m ² .

Difficoltà derivanti dalle condizioni geologiche locali:

Durante la manipolazione di gallerie in roccia morbida rocce eterogenee o condizioni variabili presenti sul fronte del tunnel possono creare seri problemi che si aggiungono ai costi. Se un masso o un altro terreno con ciottoli di grandi dimensioni incontrano un problema pressoché quasi impossibile, possono essere affrontati quando sono in funzione le macchine per la produzione di liquami.

Le frese a rullo rigido sono efficaci per i massi duri ma potrebbero non essere utili nei terreni morbidi. La variazione di resistenza dei terreni lungo la linea del tunnel dovrebbe essere anticipata in modo tale che possa essere utilizzato un supporto appropriato mentre viene scavata la faccia della galleria. L'impossibilità di farlo può portare a uno scavo eccessivo.

A parte le ovvie variazioni di forza tra i tipi di terreno (ad esempio tra sabbia non coesiva e argilla parzialmente consolidata), la variazione relativa alla porosità e alla saturazione può produrre differenze significative. Una piccola variazione nel contenuto di acqua può trasformare un suolo altrimenti stabile in terreno in esecuzione. I terreni del sito instabile possono essere consolidati iniettando sostanze chimiche o cemento in essi o congelandoli.

Con il tunneling attraverso l'hard rock, la relativa difficoltà di scavare rocce particolari dipende in parte dall'uso di esplosivi o dall'uso di una macchina per scavare il rock. Tuttavia, entrambi i metodi condividono alcuni fattori importanti. In entrambi i casi, il tasso di scavo è inversamente correlato alla forza di frantumazione delle rocce e direttamente correlato alla quantità di fratturazione.

Nel processo in cui vengono utilizzati gli esplosivi, la relazione con la forza è complicata dal modo in cui alcune rocce deboli e non fragili come i mica-scisti, reagiscono all'esplosione e non si attraggono bene per una determinata carica e dal ruolo molto più grande che la fratturazione gioca.

Le fratture non servono solo come percorsi per l'espansione dei gas dall'esplosione, ma anche come piani di debolezza lungo i quali la roccia si separerà. Nel tunneling, la facilità dei fori di perforazione dipende dalla durezza e dall'abrasività della roccia e anche dalla variazione di durezza al suo interno. Il trapano può tendere ad essere deviato a un confine netto tra stati duri e morbidi.

I minerali duri più probabili che possono presentare problemi sono le varietà di silice come il quarzo, la selce o la selce che possono presentarsi come vene o concrezioni nodulari. Gli scisti contenenti noduli di ironstone possono anche creare problemi come miscela scomoda. I minerali relativamente duri e le rocce forti sono spesso formati dal metamorfismo termico.

Uno scisto calcareo debole e morbido può trasformarsi in un forte calchornfels duro. Si è scoperto che questo è un fattore geologico significativo in alcuni progetti idroelettrici in cui il giacimento si trova in un sito in altopiano corrispondente a una coltivazione fuori grande di intrusione di granito.

Il tunnelling all'interno della zona termica tende a diventare sempre più difficile con l'avvicinarsi del granito. L'estrazione eccessiva di materiale roccioso a causa di piani di debolezza può portare a una rottura eccessiva e anche a cadute di pietre dal tetto.

Una certa percentuale di scavo in eccesso rispetto a quella corrispondente alla sezione perfetta è solitamente coperta dal contratto. L'interruzione che si verifica durante lo scavo dipende dall'intensità della giuntura e dalla presenza di altri piani di debolezza come gli aerei da assestamento, la scistosità. In generale le rocce ben imbottite con fratture danno un'epidemia mentre una massiccia roccia uniforme adeguatamente sabbiata darà una sezione pulita.

Un'eccessiva epidemia e il rischio di caduta di massi dal tetto sono responsabili nelle seguenti situazioni:

(a) Nelle zone di faglia, specialmente se le brecce non sono cementate.

(b) A dighe più strette rispetto al tunnel che hanno sviluppato articolazioni.

(c) A assi sinclinali dove esistono giunti di tensione.

(d) In strati di rocce frammentarie scarsamente compattate.

(e) Dove sono presenti sottili strati di rocce forti e deboli (ad esempio alterazioni di calcare e scisto) a livello del tetto o in sciopero lungo il tunnel e un tuffo ripido.

Seepage in un tunnel:

L'entità delle infiltrazioni in un tunnel attraverso rocce e articolazioni permeabili è un fattore importante da considerare. Questo dovrebbe essere valutato dalla conoscenza delle condizioni delle acque sotterranee, della permeabilità alla rinfusa delle rocce e della struttura geologica.

Per esempio, granito, gneiss, scisto e tali rocce cristalline sono tipicamente asciutte, tranne che per il possibile flusso lungo giunti e faglie e forse ai margini di qualsiasi diga che le interseca.

Nel caso di rocce permeabili, è probabile che il flusso di acque sotterranee nel tunnel aumenti nella zona di faglia e negli assi sinclinali. Le fessure riempite d'acqua, specialmente nel calcare, rappresentano un serio pericolo. Questo deve essere assicurato contro il sondaggio prima della superficie di lavoro con piccoli fori orizzontali.