Better understanding the strengths of serpentinite bimrock and homogeneous serpentinite: Fid-Bau Portal

Better understanding the strengths of serpentinite bimrock and homogeneous serpentinite

Glawe, Ulrich / Upreti, Bishal N.

Der Beitrag umfasst zwei Projekte, in denen Serpentinit, jeweils geologisch unterschiedlich ausgebildet, erhebliche Probleme in der Planungsphase bzw. in der Bauphase darstellte. Im Wasserkraftprojekt Kusan-3 besteht die Aufstandsfläche der geplanten 100 m hohen Schwergewichtsmauer zu 28 % aus Serpentinit. Serpentinit, der an der Sperrenstelle eine Bimrock-Struktur aufweist, stellt im Allgemeinen ein fragwürdiges Gründungsmaterial dar. Zur Bestimmung des felsmechanischen Datensatzes (Festigkeit) wurden Feld- und Laboruntersuchungen durchgeführt. Die Ableitung des Design-Parametersatzes basierte auf Ergebnissen der Labortests und erfolgte unter Einbezug des Maßstabseffekts und der Trennflächeneigenschaften. Die so ermittelten unerwartet hohen Materialfestigkeiten, die mit der Anwendung der GSI-Klassifikation bestätigt wurden, lassen sich nur mit lokal ausgeprägten mineralogischen und strukturellen Faktoren erklären, wobei insbesondere die Trennflächeneigenschaften innerhalb der Matrix eine wesentliche Rolle spielen. Beim Bau des Zugangstunnels zur Zentrale der Berke-Wasserkraftanlage im Südosten der Türkei wurden Erfahrungen mit einem Serpentinit gemacht, der andere strukturelle und mechanische Eigenschaften aufweist. Im Gegensatz zum Kusan-3 Serpentinit erscheint das Material selbst im kleinen Maßstab homogen. Die Feldbeoachtungen und Berechnungen erbrachten Hinweise auf eine sehr geringe Gebirgsfestigkeit. Dies hatte wesentlichen Einfluss auf die Baumethode, die dann den vorherrschenden Gebirgsverhältnissen angepasst werden musste.

This paper describes two projects wherein serpentinite caused significant problems during design and construction, respectively. Serpentinite extends over 28 % of the dam footprint of the proposed 100 m high Kusan-3 gravity dam located in Indonesia and is well known to be a questionable foundation material. Both laboratory and in situ field tests were carried out on the serpentinite, which exhibits a bimrock structure. An estimate of the shear strength of the rock mass was conservatively developed from the laboratory data, taking scale effects and discontinuity characteristics into account. This resulted in a surprisingly high shear strength, which can only be explained with highly localized mineralogical and structural factors, particularly with the discontinuity characteristics in the matrix rock. However, applying the GSI-system to quantify the physical parameters of the serpentinite provided satisfactory confirmation of the selected values. In the Berke HEPP in SE Turkey, a low-strength and homogeneous (even at small-scale) form of serpentinite was encountered during the construction of the powerhouse access tunnel. Field observation and results of numerical analyses indicated a very low strength rock, as one would expect for a serpentinite. The low strength resulted in considerable tunnel construction problems. On the basis of analysis the construction method was then tailored to the prevailing rock conditions.