ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ 4 ΣΥΝΘΕΣΕΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΙΧΜΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗ ΟΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΟΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙΙ

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ 4 ΣΥΝΘΕΣΕΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΑΙΧΜΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗ ΟΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΟΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙΙ εισαγωγή Μαρίνα Μωρέττη, Επικ.Καθηγήτρια Π.Θ. Αθήνα, Οκτώβριος

2 Οπλισμένο Σκυρόδεμα (ετυμολογία) Σκυρόδεμα = σκύρον + δένω = αδρανή + τσιμέντο + νερό Αδρανή - φυσικά (συλλεκτά, ή θραυστά) - τεχνητά - ανακυκλωμένα Χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα με την μέγιστη διάμετρο των κόκκων άμμος γαρμπίλι χαλίκι (σκύρα) Παιπάλη Άμμος Χαλίκι -0,25 mm 0,25-7 mm 7-70 mm Γιατί «αδρανή υλικά»; ιότι παραμένουν (πρακτικώς) χημικά αδρανή, αντιθέτως με το τσιμέντο και το νερό, στη χημική δράση των οποίων οφείλεται η σκλήρυνση του σκυροδέματος 2

3 Σκυρόδεμα (αδρανή) Κοκκομετρία Αδρανών (= διαβάθμιση αδρανών) (διέλευση αδρανών από κόσκινα τυποποιημένων οπών κυκλικών ή τετράγωνων, ανάλογα με τον εκάστοτε κανονισμό) μετράται το % διερχομένων κατά βάρος του μείγματος 3

4 Σκυρόδεμα (σύνθεση) Τσιμέντο (= κονία) Κατανάλωση τσιμέντου : - Ινδονησία είναι kg ανά κάτοικο, - Σιγκαπούρη 2000 kg ανά κάτοικο - Γερμανία είναι 350 kg ανά κάτοικο. 4

5 Σκυρόδεμα (σύνθεση) Χαρακτηριστικά σκυροδέματος Εξαρτώνται από περιεκτικότητα και αναλογίες υλικών: Tσιμέντο (Τ): kg τσιμέντου / 1μ3 σκυροδέματος Νερό (Ν): N/T (0.4/1 ως 0.7/1) Αδρανή (Α): Α/Τ N/T < 0.4/1 : ανεπαρκής ενυδάτωση N/T > 0.7/1 : αυξημένη η διαπερατότητα του σκυροδέματος, άρα και η πιθανότητα χημικής προσβολής (αυξάνεται δυσανάλογα, εξαιτίας της μεγάλης αύξησης του μεγέθους και του αριθμού των τριχοειδών πόρων). επαρκής ρευστότητα για σωστή διάστρωση Με αύξηση του Ν/Τ μειώνεται η αντοχή. εν προστίθεται ΠΟΤΕ νερό στο έργο!! 5

6 Εργασιμότητα Σκυοδέματος Η ρευστότητα (flowability) Η πλαστικότητα (plasticity) Η συνοχή (consistency) Η συμπυκνωσιμότητα (compactability) Η τελειωσιμότητα (finishability) Η αντλησιμότητα (pumpability) Ο συνηθέστερος έλεγχος εργασιμότητας: δοκιμή κάθισης 6

7 Εργασιμότητα Σκυοδέματος δοκιμή κάθισης (slump) Κατηγορία Κάθισης (ΕΝ 206) σε mm S1 Ελάχιστα Πλαστικό (Πολύ σφιχτό) 10 έως 40 mm S2 Μέτρια πλαστικό (Σφιχτό) 50 έως 90 mm S3 Πλαστικό (Μαλακό) 100 έως 150 mm S4 Λίγο ρευστό (Πολύ μαλακό) 60 έως 210 mm S5 Ρευστό 220 7

8 Σκυρόδεμα (σύνθεση) Βελτιωτικά ή χημικά πρόσμικτα σκυροδέματος (admixtures) Σε μικρές αναλογίες (συνήθως % κ.β. του τσιμέντου) Ρευστοποιητικά (αυξάνουν τη ρευστότητα του σκυροδέματος) για την παραγωγή σκυροδέματος μικρότερου λόγου Ν:Τ σε σχέση με αυτόν σκυροδέματος ίδιας εργασιμότητας που δεν περιέχει ρευστοποιητή) Αερακτικά (αυξάνουν αυξάνουν τον περιεχόμενο αέρα και τη ρευστότητα σκυροδέματος) Επιβραδυντικά για την προστασία σκυροδέματος από τον παγετό Επιταχυντικά Στεγανωτικά 8

9 Σκυρόδεμα (διάστρωση) διακομιδή του σκυροδέματος, έγχυση στους τύπους (ξυλότυποι ή σιδηρότυποι) και συμπύκνωση με δόνηση ή άλλα μηχανικά μέσα. Συμπύκνωση απαιτείται για: Καλή περιβολή των οπλισμών από σκυρόδεμα Απομάκρυνση των εγκλωβισμένων φυσαλίδων (αντοχή) Απομάκρυνση κακοτεχνιών στο φορέα (κυψέλες, φωλιές κλπ). Πυκνό σκυρόδεμα (ανθεκτικότητα)!! Υπερβολική δόνηση ενδέχεται να οδηγήσει σε απόμιξη Συντήρηση σκυροδέματος Πόντιση Επικάλυψη με μεμβράνες συντήρησης Λινάτσες και ύγρανση για 7 ημέρες τουλάχιστον Ενδεχομένως προσθήκη νάυλον σκυροδέτησης (επάνω από την λινάτσα) 9

10 Σκυροδέτηση σε υψηλή/χαμηλή θερμοκρασία Σκυροδέτηση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος < 28 ο C Επιθυμητό Σκυροδέτηση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος >32 ο C Καλό είναι να αποφεύγεται! Σκυροδέτηση σε θερμοκρασία περιβάλλοντος <-10 ο C ΕΝ γίνεται καμία χημική αντίδραση ενυδάτωσης Μόνωση και θέρμανση του σκυροδέ Καθυστερεί η διαδικασία σκλήρυνσης Παράταση διάρκειας ξεκαλουπώματος Αύξηση της θερμοκρασίας του σκυροδέματος κατά 11º C, επιφέρει μείωση της κάθισης κατά περίπου 25 mm. Βλ. τεχνικές οδηγίες ΣΠΜΕ ( 10

11 Σκυρόδεμα: Χαρακτηριστικά Αντοχή σε μηχανική καταπόνηση (strength) Ανθεκτικότητα (durability) ιαπερατότητα (permeability) Η αντοχή του σκυροδέματος εξαρτάται από: - την ηλικία - την συντήρηση - την θερμοκρασία - τον λόγο Ν/Τ και - τον βαθμό συμπύκνωσης (degree of compaction). Ν/Τ + βαθμός συμπύκνωσης επιδρούν στο πορώδες (=όγκος κενών/όγκος σκυροδ.) Καλή συμπύκνωση σημαντική μείωση του % των κενών (voids) H αντοχή του σκυροδέματος είναι συνάρτηση του όγκου των κενών (voids) 11

12 Σκυρόδεμα: Αντοχή Αντοχή σε θλίψη (compressive strength) f cc c =concrete, c= compression Αντοχή σε εφελκυσμό (tensile strength) f ct c =concrete, t= tension αντοχή σε εφελκυσμό ~ 1/10 αντοχή σε θλίψη f ct ~ 1/10 f cc 12

13 Οπλισμένο Σκυρόδεμα υνάμεις θλιπτικές: τις αναλαμβάνει (κυρίως) το σκυρόδεμα υνάμεις εφελκυστικές: τις αναλαμβάνει (αποκλειστικά) ο οπλισμός Οπλισμένο Σκυρόδεμα 13

14 Σκυρόδεμα: Αντοχή Κατηγορίες σκυροδέματος: καθορίζονται από την θλιπτική αντοχή τους σε 28 ημέρες μετά την ημερομηνία σκυροδέτησης C 20 / 25 Αντοχή κυλινδρικού δοκιμίου διαμέτρου 15 cm ύψους 30cm Αντοχή κυβικού δοκιμίου πλευράς 15 cm Η διαστασιολόγηση στοιχείων σκυροδέματος γίνεται με την αντοχή σε θλίψη του κυλινδρικού δοκιμίου C 20 / 25 f cc = 20 MPa 14

15 Σκυροδέτηση (Εργαστήριο Σκυροδέματος Τμ. Πολ. Μηχανικών ΠΘ) ιαβαθμισμένα / ζυγισμένα αδρανή σκυροδέτηση διάστρωση δόνηση Λείανση επιφάνειας Λείανση επιφάνειας 15

16 Σκυροδέτηση (Εργαστήριο Σκυροδέματος Τμ. Πολ. Μηχανικών ΠΘ) μηχανή θλίψης κύλινδροι μετά την δοκιμή θλίψης (με FRP = Fiber Reinforced Polymer) 16

17 οπλισμός (=Χάλυβας ) (Εργαστήριο Σκυροδέματος Τμ. Πολ. Μηχανικών ΠΘ) υποστύλωμα δοκός ιαμήκης οπλισμός Κόμβος πλαισίου συνδετήρες Ενίσχυση υποστυλωμάτων πλαισίου από Ο.Σ. 17

18 οπλισμός (=Χάλυβας ) οκιμή εφελκυσμού ράβδου χάλυβα Αντοχή σε εφελκυσμό = Αντοχή σε θλίψη 18

19 ιάγραμμα τάσεων (σ) ανηγμένων παραμορφώσεων (ε) χάλυβα σε θλίψη και εφελκυσμό διαρροή Ιδια συμπεριφορά σε εφελκυσμό και σε θλίψη tanφ=ε s γωνία φ ε sy =f yd /E s διαρροή ε sy = παραμόρφωση διαρροής χάλυβα E s = MPa Μέτρο ελαστικότητας f yd = τάση διαρροής σχεδιασμού ε sy 19

20 ιάγραμμα τάσεων (σ) ανηγμένων παραμορφώσεων (ε) σκυροδέματος σε θλίψη Τριαξονική καταπόνηση σκυροδέματος = περισφιγμένο περισφιγμένο σκυρόδεμα όσο fcc τόσο η πλαστιμότητα 20

21 ΠΕΡΙΣΦΙΓΞΗ ΣΚΥΡΟ. ΜΕΣΩ ΣΥΝ ΕΤΗΡΩΝ Η ΧΑΛΥΒ ΙΝΟΥ ΕΛΑΣΜΑΤΟΣ Λόγω περισφίγξεως (ύπαρξη συνδετήρων) αυξάνει η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος και η μέγιστη ανηγμένη παραμόρφωση κατά την αστοχία. σ c ιάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων σκυροδέματος (σ c -ε c ) ε c (ανηγμένη παραμόρφωση) Αποδοτικότητα περισφίγξεως: α = α n α s 21

22 «σιδέρωμα» και «καλούπωμα» οδικών σηράγγων Tunnel Dalnicni, Tschech Rebublik Bahnunterführung Balingen 22

23 «σιδέρωμα» και «καλούπωμα» ΜΟΝΟΛΙΘΙΚΩΝ οδικών σηράγγων 23

24 Σήραγγες σε βουνό 24

25 Ενδιαφέροντα κτήρια από Οπλισμένο Σκυρόδεμα: 25

26 Κελύφη από Οπλισμένο Σκυρόδεμα 26

27 Άλλα έργα από Οπλισμένο Σκυρόδεμα 27

28 Άλλα έργα από Οπλισμένο Σκυρόδεμα 28

29 Αστοχίες έργων από Οπλισμένο Σκυρόδεμα 29

30 Αστοχίες λόγω οριακής κατάστασης λειτουργικότητας Πρόληψη μέσω: Σχεδιασμού έναντι οριακής κατάστασης λειτουργικότητας 30

31 - Μεγάλες παραμορφώσεις (βέλη) 31

32 - Μεγάλες παραμορφώσεις (βέλη) Μεγάλες παραμορφώσεις δημιουργούν αίσθημα ανασφάλειας. Είναι γενικώς αποδεκτό ότι μία παραμόρφωση μεγαλύτερη από άνοιγμα/250 θα πρέπει να αποφεύγεται για λόγους αισθητικής. Σε μία έρευνα σε 50 κατασκευές στην Γερμανία για τις οποίες υπήρχαν παράπονα για αυξημένες παραμορφώσεις, αποδείχτηκε ότι η βύθιση ήταν μικρότερη από άνοιγμα/250 μόνον σε δύο εξ αυτών. 32

33 Ανθεκτικότητα ανεπαρκής επικάλυψη οπλισμού ακατάλληλη ποιότητα σκυροδέματος οδηγούν σε: - ενανθράκωση σκυροδέματος - διάβρωση οπλισμού 33

34 Αστοχίες λόγω οριακής κατάστασης αστοχίας 34

35 Αστοχίες λόγω οριακής κατάστασης αστοχίας Πρόληψη μέσω: Σχεδιασμού έναντι οριακών καταστάσεων αστοχίας 35

36 Αστοχίες λόγω σεισμού

37 Αστοχίες λόγω σεισμού 37

38 Αστοχίες λόγω σεισμού 38

39 Αστοχίες λόγω σεισμού ιαγώνια διατμητική αστοχία εντός του σώματος του κόμβου Αστοχία κόμβου λόγω: -είτε διατμητικής αστοχίας δοκού - είτε αστοχίας αγκυρώσεως 39

40 Γιατί υπάρχουν Αστοχίες Εργων ;;;

41 Ο Μηχανικός: Χρησιμοποιεί υλικά, οι ιδιότητες των οποίων μπορούν μόνον να εκτιμηθούν. Υλοποιεί συστήματα που μπορούν να αναλυθούν μόνο προσεγγιστικά, και οι ανάγκες των οποίων δεν είναι γνωστές επακριβώς (λ.χ.μέγεθος σεισμού, απορροή, κυκλοφορία). Στον Σχεδιασμό των Έργων υπεισέρχονται πολλοί αστάθμητοι παράγοντες

42 Προϋποθέσεις σωστού σχεδιασμού Επαρκείς θεωρητικές βάσεις για: Γενική Σύλληψη Έργου Επινοητικότητα ( πολυμήχανος)!! Οι σημερινές αυξημένες υπολογιστικές δυνατότητες είναι απλά «μηχανικό» εργαλείο. ΕΝ υποκαθιστούν την κρίση του Μηχανικού ΟΥΤΕ εξασφαλίζουν σωστές κατασκευές

43 Καλή, διαχρονική συμπεριφορά των κατασκευών: Ορθός αρχικός σχεδιασμός - σύλληψη γενικού φορέα - κατασκευαστικές λεπτομέρειες Ορθή κατασκευή (επίβλεψη)

44 Αντικείμενο ΟΜΙΚΗΣ ΙΙΙ: Σχεδιασμός Φέροντος οργανισμού κτηρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα - Πλάκες - οκοί - Υποστυλώματα -Θεμέλια

45 Ανίσωση ασφαλείας ΑΠΑΙΤΗΣΗ < ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ ή γ Sd Ε d < 1/γ Rd R d ΡΑΣΗ < ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ Ε d = εντατικό μέγεθος σχεδιασμού (design) από την ανάλυση (Effect of actions,αποτελέσματα δράσεων) R d = αντίσταση σχεδιασμού (Resistance) γ Εd : γ Rd : Συντελ. ασφαλείας λόγω αβεβαιοτήτων προσομοιώματος για τις δράσεις (partial factors for actions) Συντελ. ασφαλείας λόγω αβεβαιοτήτων προσομοιώματος για τις αντιστάσεις (partial factors for resistances) 45