Ασκήσεις στη μηχανική των πετρωμάτων

Το βιβλίο αυτό γράφτηκε με σκοπό να αποτελέσει βοήθημα για τους φοιτητές των τμημάτων Πολιτικών Μηχανικών, Μηχανικών Ορυκτών Πόρων, Μηχανικών Μεταλλείων – Μεταλλουργών, Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος των Ανωτάτων Εκπαιδευτικών Ιδρυμάτων της χώρας μας. Κάποια από τα διδασκόμενα μαθήματα που έχουν άμεση σχέση με το παρόν σύγγραμμα είναι: “Μηχανική Πετρωμάτων”, “Σήραγγες και Υπόγεια Έργα”, “Υποστήριξη Υπογείων έργων”, “Τεχνική Γεωλογία”, “Βραχομηχανική – Σήραγγες”, “Στοιχεία Γεωτεχνικής Μηχανικής”, “Προχωρημένη Γεωμηχανική”, “Γεωλογία Τεχνικών Έργων και Βραχομηχανική”, και “Πειραματική Βραχομηχανική”. Το θεωρητικό υπόβαθρο της Μηχανικής των Πετρωμάτων παρουσιάζεται εκτενώς στα αντίστοιχα ελληνόγλωσσα βιβλία τα οποία καλύπτουν το γνωστικό αυτό αντικείμενο. Το παρόν σύγγραμμα επικεντρώνεται στην ανάλυση και επεξήγηση της επίλυσης απλών και σύνθετων ασκήσεων Μηχανικής Πετρωμάτων. Με στόχο τη διευκόλυνση του αναγνώστη, στην αρχή του κάθε κεφαλαίου γίνεται μια περιληπτική παρουσίαση της σχετικής θεωρίας η οποία είναι η απολύτως απαραίτητη για την επίλυση των αντίστοιχων ασκήσεων. Δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στις εξισώσεις που ορίζουν τα διάφορα μεγέθη καθώς και στις σχέσεις μεταξύ τους και παράλληλα παρουσιάζεται η μεθοδολογία εργασίας που συνήθως ακολουθείται για την επίλυση των ασκήσεων αυτών. Επιπλέον εξηγείται με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη λεπτομέρεια το κάθε βήμα με συνεχή αναφορά στις αντίστοιχες εξισώσεις και σχέσεις. Η ύλη (μετά την Εισαγωγή – Κεφάλαιο 1) κατανέμεται στα παρακάτω κεφάλαια: Στο δεύτερο (2ο) κεφάλαιο παρατίθενται το μαθηματικό υπόβαθρο και τα βασικά στοιχεία της θεωρίας των διανυσμάτων και των τανυστών που χρησιμοποιούνται κατά κόρον στην ανάλυση της θεωρίας και στις θεωρητικές εφαρμογές των επόμενων κεφαλαίων. Το τρίτο (3ο) κεφάλαιο αναφέρεται στον τανυστή τάσης που χαρακτηρίζει την εντατική κατάσταση σε οποιοδήποτε σημείο ενός σώματος, ενώ στο τέταρτο (4ο) κεφάλαιο μελετάται η εντατική κατάσταση σε δύο διαστάσεις και δίνεται ιδιαίτερο βάρος στην κατανόηση και στον τρόπο που χρησιμοποιείται ο κύκλος του Mohr. Στο πέμπτο (5ο) κεφάλαιο παρουσιάζεται το μέγεθος της τροπής ή αλλιώς ανηγμένης παραμόρφωσης που συνδέεται άμεσα με τις τάσεις με σχέση αιτίου – αποτελέσματος. Στο έκτο (6ο) κεφάλαιο περιγράφεται η καταστατική εξίσωση ελαστικής συμπεριφοράς σε δύο και τρεις διαστάσεις. Το ελαστικό μοντέλο αντιπροσωπεύει την πιο κοινή καταστατική συμπεριφορά των υλικών μηχανικής, συμπεριλαμβανομένων πολλών πετρωμάτων, και αποτελεί μια χρήσιμη βάση για την περιγραφή πιο περίπλοκης συμπεριφοράς. Η ελαστική συμπεριφορά ενός σώματος κάτω από συγκεκριμένη εντατική καταπόνηση αναλύεται εφαρμόζοντας τον νόμο του Hooke για τρεις διαστάσεις. Τα κριτήρια αστοχίας, που αποτελούν μαθηματικές εκφράσεις και έχουν την ικανότητα να εκτιμούν πότε θα συμβεί η αστοχία του πετρώματος, μελετώνται στο έβδομο (7ο) κεφάλαιο. Παρουσιάζεται ο τρόπος εφαρμογής δύο βασικών και ευρέως εφαρμόσιμων κριτηρίων αστοχίας στην περίπτωση του άρρηκτου πετρώματος και της βραχομάζας. Στο όγδοο (8ο) κεφάλαιο εξετάζεται η ευστάθεια κυκλικών και ελλειπτικών υπόγειων ανοιγμάτων (σηράγγων και φρεάτων), η ζώνη επιρροής αυτών, καθώς και η ευστάθεια υπόγειων ανοιγμάτων της μορφής θαλάμων και στύλων. Αφού γίνει κατανοητή στο ένατο (9ο) κεφάλαιο η ανάλυση και η στερεογραφική προβολή των ασυνεχειών οι οποίες καθιστούν τη μάζα των πετρωμάτων ασυνεχή, το δέκατο (10ο) κεφάλαιο παρουσιάζει τον τρόπο εφαρμογής των σύγχρονων συστημάτων ταξινόμησης της βραχομάζας τα οποία στην ουσία αποδίδουν τιμές σε εκείνες τις ιδιότητες ή χαρακτηριστικά της που θεωρείται πιθανό να επηρεάσουν τη συμπεριφορά της. Τέλος, στο ενδέκατο (11ο) κεφάλαιο παρουσιάζονται τρόποι εφαρμογής υποστήριξης και ενίσχυσης της βραχομάζας κοντά στα όρια των υπογείων ανοιγμάτων.

Κωνσταντίνος Κακλής (Συγγραφέας)

 

Ζαχαρίας Γ. Αγιουτάντης (Συγγραφέας)

Ο Ζαχαρίας Αγιουτάντης έλαβε το δίπλωμα του Μηχανικού Μεταλλείων – Μεταλλουργού Μηχανικού από το Τμήμα Μεταλλειολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου το 1982 και αποφοίτησε πρώτος. Στη συνέχεια μετεκπαιδεύτηκε στο Τμήμα Μεταλλειολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Virginia Tech, στις ΗΠΑ, όπου απέκτησε δύο μεταπτυχιακούς τίτλους: Master of Science το 1984 και Doctor of Philosophy το 1987. Από το 1989 υπηρετεί στο Τμήμα Μηχανικών Ορυκτών Πόρων του Πολυτεχνείου Κρήτης, και το 2001 εξελέγη στη βαθμίδα του Καθηγητή.
Διδάσκει μαθήματα ειδικότητας στα ανώτερα εξάμηνα του προπτυχιακού προγράμματος σπουδών καθώς και σειρά μαθημάτων στο μεταπτυχιακό πρόγραμμα σπουδών του ίδιου τμήματος.
Είναι διευθυντής του Εργαστηρίου Μηχανικής Πετρωμάτων του Πολυτεχνείου Κρήτης, στο οποίο εκπονείται διδακτικό αλλά και ερευνητικό έργο, και επιστημονικός συνεργάτης του Τμήματος Μεταλλειολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Virginia Tech (ΗΠΑ).