Πειραµατική ιερεύνηση Τρόπων Ανάσχεσης των Παραµορφώσεων (Βελών) των Φορέων Experimental Research on Ways of Halting any Alterations on the Concrete

Transcript

1 Πειραµατική ιερεύνηση Τρόπων Ανάσχεσης των Παραµορφώσεων (Βελών) των Φορέων Experimental Research on Ways of Halting any Alterations on the Concrete Ιωάννης ΤΕΓΟΣ 1, Κωνσταντίνος ΠΑΠΑΝΙΚΟΛΑΟΥ, Κωνσταντίνος ΨΑΡΡΑΣ 3 Λέξεις κλειδιά: Ερπυσµός, Ξήρανση, Χρόνιες Παραµορφώσεις ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Το αντικείµενο της εργασίας σχετίζεται µε την ανεύρεση και διερεύνηση µέσων ανάσχεσης των παραµορφώσεων (βελών) των γραµµικών φορέων, δοκών και πλακών µε απώτερο στόχο την µείωση του πάχους των προς βελτίωση της οικονοµικότητας αυτών. Συνεπώς υπάρχει δικαιολογηµένο ενδιαφέρον για την µείωση των βελών. Χρησιµοποιήθηκε για τη διερεύνηση η πειραµατική µέθοδος η οποία θεωρείται ως η βασίλισσα των αποδείξεων. Τα µέσα ανάσχεσης των παραµορφώσεων τα οποία προτείνονται στην παρούσα είναι: (α) Η τοποθέτηση θλιβόµενου οπλισµού, (β) Η αύξηση του εφελκυόµενου οπλισµού, (γ) Η χρησιµοποίηση στην θλιβόµενη ζώνη µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας, και (δ) Συνδυασµοί των παραπάνω. Ως κυριότερα αποτελέσµατα της εργασίας αναφέρονται τα εξής: (α) Ο συνδυασµός παρουσίας µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας στη θλιβόµενη ζώνη και τοποθέτησης ράβδων αυξηµένης διαµέτρου εις αυτήν απέδωσε µείωση παραµορφώσεων στο 15% εκείνου της συµβατικής όπλισης. (β) Η αύξηση του οπλισµού, πέραν εκείνου που απαιτούν τα κριτήρια ασφάλειας και λειτουργικότητας της εφελκυόµενης ζώνης δεν απέδωσε θεαµατικά αποτελέσµατα. ABSTRACT: The project, presented herein, investigated experimentally ways of reducing the deformation of concrete beams and slabs with time, in order to reduce the cost of the construction. As we understand, there is a great interest for the decrease of the bending deformation. To achieve the above the methods presently proposed for researching are: (a) The use of compressive steal, (b) The increase of the percentage of the tensional steal, (c) The use of high strength precision concrete, in the compressive zone of the cross section. (d) The combination of the above methods. The main results of the research are: (a) The 1 Καθηγητής Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. itegos@civil.auth.gr Καθηγητής Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. kpapanik@civil.auth.gr 3 Πολιτικός Μηχανικός, Θεσσαλονίκη, ko_psar@yahoo.gr 1

2 combination of using high strength precision concrete in the compressive zone of the cross section and compressive steal could reduce the bending deformation to 15% of the ordinary structure s one. (b) The increase of the tensional steal wouldn t give us the presumable results. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο χαρακτηρισµός του σκυροδέµατος ως «ζωντανό υλικό» οφείλεται, ως γνωστόν, στη διαρκή µεταβολή των µηχανικών ιδιοτήτων του τουλάχιστον τα πρώτα χρόνια από την ενσωµάτωση στους φορείς του. Εξ αυτών η αντοχή εν τω χρόνω και κατά περίπτωση βελτιώνεται περισσότερο ή λιγότερο, ενώ οι χρόνιες παραµορφώσεις κατά κανόνα υφίστανται δραµατική επιδείνωση. Ειδικότερα ένα ολόκληρο κεφάλαιο, το 16ο του Κ.Ω.Σ. διατίθεται για την αντιµετώπιση του προβλήµατος των παραµορφώσεων και συµπληρωµατικώς προς αυτό ένα από τα τέσσερα Παραρτήµατα του Κανονισµού, το Παράρτηµα υποδεικνύει και περιγράφει έναν ρεαλιστικό τρόπο εκτίµησης των παραµορφώσεων. Εκτός τούτων, στο εύτερο Κεφάλαιο του Κανονισµού δίνονται τα απαραίτητα στοιχεία που αφορούν τις χρόνιες παραµορφώσεις, τον ερπυσµό και την ξήρανση, εν σχέσει, κυρίως, µε τις οµόλογες απώλειες που προκαλούν στην λειτουργικότητα των προεντεταµένων φορέων. (ΟΑΣΠ, 000) Από την άλλη µεριά υπάρχει το συγκριτικό πλεονέκτηµα του Προεντεταµένου Σκυροδέµατος, ως προς το Οπλισµένο, που οφείλεται στην κατάλληλη ανάπτυξη αντιφορτίων µέσω των οποίων αντιµετωπίζεται άµεσα και λυσιτελώς το πρόβληµα των βελών των φορέων. Σε αυτό το πλεονέκτηµα οφείλονται και οι κατασκευαστικές µέθοδοι της Προβολοδόµησης και της Προώθησης οι οποίες, προδήλως, έχουν περιεχόµενο µόνο για προεντεταµένους φορείς. Ειδικότερα η κατασκευαστική µέθοδος της προβολοδόµησης εµφανίζει πολύ µεγάλη ευαισθησία έναντι των χρονίων παραµορφώσεων, καθώς απαιτείται η συνάντηση των οικείων προβόλων στο µέσον του ανοίγµατος, όπου θα «κλειδωθούν» να µην παρουσιάσει κατά το δυνατόν αποκλίσεις ούτε κατά την κατακόρυφη ούτε κατά την οριζόντια έννοια και να ευρίσκεται, µακροπρόθεσµα, στην ερυθρά γραµµή της οδού. (Σταθόπουλος Σ., 003) Σκοπός της παρούσας είναι κυρίως η διερεύνηση συγκεκριµένων µέσων ανάσχεσης του µειονεκτήµατος των φορέων σκυροδέµατος να εµφανίζουν χρόνιες παραµορφώσεις εξαιτίας του ερπυσµού και της ξήρανσης. Βεβαίως ζούµε στην εποχή που έχουνε επινοηθεί και σκυροδέµατα χωρίς το ελάττωµα των χρονίων παραµορφώσεων, οπωσδήποτε όµως αυτά τα σκυροδέµατα απέχουν πολύ από το να χρησιµοποιούνται µαζικώς στις εφαρµογές. Εποµένως η ανεύρεση πρόσφορων, οικονοµικών, και αποτελεσµατικών τρόπων ανάσχεσης του αποτελέσµατος των χρονίων παραµορφώσεων είναι αναγκαία και δεν αφορά µόνον τις προαναφερθείσες µεθόδους της προβολοδόµησης και της προώθησης στις γέφυρες αλλά και τις συνήθεις πλάκες των οικοδοµικών έργων, όπου η αποφυγή των οχληρών βελών, ιδίως στους προβόλους, επιτυγχάνεται µέσω µεγάλων παχών των πλακών µε συνέπεια αντιοικονοµικά αποτελέσµατα για τα εν

3 λόγω δοµικά στοιχεία, καθόσον, όπως θα αποδειχθεί κατωτέρω βάσει του συσχετισµού κόστους του κυβικού σκυροδέµατος αφενός και του Kg χάλυβα αφετέρου οι οικονοµικότεροι φορείς προκύπτουν από τη χρήση πολλού χάλυβα και ολίγου σκυροδέµατος. Ωστόσο η ανατροπή έρχεται από τα βέλη τα οποία αναγκάζουν τον µελετητή να προσφεύγει σε µεγάλα πάχη πλακών προτάσσοντας εύλογα τη λειτουργικότητα έναντι της οικονοµίας. (Tegos J. et al., 007) Τα µέσα που εξετάστηκαν στην παρούσα πειραµατικώς για την ανάσχεση των συνεπειών του ερπυσµού ο οποίος έχει και τη «λεόντειο» συµµετοχή στο αποτέλεσµα των παραµορφώσεων είναι: Η τοποθέτηση θλιβόµενου οπλισµού, Η αύξηση του εφελκυόµενου οπλισµού, ώστε να µεγαλώσει το ύψος της θλιβόµενης ζώνης, και ως εκ τούτου να µειωθεί η τάση του σκυροδέµατος στη θλιβόµενη ζώνη, Η χρησιµοποίηση στην θλιβόµενη ζώνη µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας (όπως το EMACO) και οποιουδήποτε παρεµφερούς υλικού από αυτά τα οποία χαρακτηρίζονται ως υψηλής αντοχής και µη συρρικνούµενα, και Συνδυασµοί των παραπάνω. Η µέχρι τούδε πειραµατική έρευνα επί του ερπυσµού είναι γνωστό ότι χρησιµοποιεί κατά κανόνα κυλινδρικά δοκίµια φορτιζόµενα σταθερά επί µακρό χρονικό διάστηµα και τα αποτελέσµατα της έχουν αξιοποιηθεί στους αντίστοιχους κανονισµούς. Ωστόσο η συµβατική αυτή έρευνα αγνοεί την παρουσία τυχόν οπλισµών στο θλιβόµενο σκυρόδεµα και οι επιπτώσεις αυτής της παραµέτρου είναι µέχρι σήµερα αδιευκρίνιστες. Στην παρούσα µελέτη εξετάστηκαν όχι κυλινδρικά δοκίµια υπό θλίψη αλλά 1 πραγµατικοί φορείς δοκίµια πρόβολοι, υπό κλίµακα 1:,4 υποκείµενοι σε οιονεί µόνιµη µακροχρόνια φόρτιση υπό κάµψη. Συνεπώς, τα αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας αναµένεται να είναι αµεσότερα καθόσον αναφέρονται σε πραγµατικούς φορείς και όχι σε γενική εξέταση συµπεριφοράς θλιβοµένων περιοχών του σκυροδέµατος. Επίσης αναµένεται να αποδώσουν την επιρροή του θλιβοµένου οπλισµού χωρίς τις παρενέργειες των οριακών συνθηκών που είναι αναπόφευκτες στα κυλινδρικά δοκίµια. Τα αποτελέσµατα που προέκυψαν είναι δυνατόν να χαρακτηρισθούν εντυπωσιακά καθόσον απεδείχθη ότι µέσω χονδρών κατά τη διάµετρο ράβδων στη θλιβόµενη ζώνη επιφέρει σηµαντική ανάσχεση του τελικού αποτελέσµατος. Επίσης, οικονοµική χρήση τοπικού χαρακτήρα µη συρρικνούµενου κονιάµατος όπως το EMACO έχει ανάλογα αποτελέσµατα. ΠΑΧΟΣ ΠΛΑΚΑΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟΤΗΤΑ Η διαστασιολόγηση των φερόντων συστηµάτων των κατασκευών διέπεται από ένα µεγάλο φάσµα κριτηρίων συµµόρφωσης, τα οποία σχετίζονται µε την ασφάλεια, τη λειτουργικότητα, την οικονοµία, την αισθητική, την ανθεκτικότητα, 3

4 την κατασκευαστική ευκολία, τις ανάγκες συντήρησης κλπ. Ωστόσο τα εξεταζόµενα στοιχεία δεν παρουσιάζουν όλα τον ίδιο βαθµό δεκτικότητας αναφορικώς µε την επιδίωξη της οικονοµικότητας και κατά περίπτωση είναι δυνατόν, άλλα κριτήρια, όπως της αισθητικής ή της ασφάλειας, να υπερισχύουν του κριτηρίου οικονοµίας. Ειδικότερον καθόσον αφορά την οικονοµικότητα είναι χρήσιµον να παρακολουθήσουµε αδροµερώς σε ένα παράδειγµα την επιρροή του πάχους της πλάκας h επί της δαπάνης ενός m πλάκας. ίνονται: Σκυρόδεµα C0/5 και Χάλυβας S500. Τιµές µονάδος: Σκυρόδεµα 100 /m 3, Χάλυβας 0,73 /Kg. Το κόστος ενός m πλάκας πάχους h είναι: -1 k=(100h+0,73 1, 7,85 αs 10 ) όπου: 1, συντελεστής που λαµβάνει υπόψιν τον οπλισµό διανοµής 7,85 το ειδικό βάρος του χάλυβα και α s η διατοµή του ανά m οπλισµού της πλάκας σε cm Ισχύει προσεγγιστικώς: md md md α s = = = 0,0 0,8 h f 0,8 43,5 h h οπότε η σχέση του κόστους γράφεται: yd (1) () m k = 100h + 0,0 d h (3) Αναζητούντες την ελαχιστοποίηση του κόστους για δεδοµένη m d έχουµε: dk dh md = 100 0, 0 = 0 h (4) Το αποτέλεσµα που προέκυψε δείχνει ότι η ελαχιστοποίηση του κόστους αντιστοιχεί σε τιµή ανηγµένης ροπής µ>0,31 που θέτει ως όριο ο γνωστός πίνακας της CEB για τον χωρίς την ανάγκη θλιβοµένου οπλισµού καθορισµό του πάχους h. Και βεβαίως το πάχος h καθορίζεται στις εφαρµογές αντιοικονοµικώς πολύ µεγαλύτερο βάσει του κριτηρίου της λειτουργικότητας. Σκοπός της έρευνας m 100 1,5 µ = = = 0,46 d f 0,0 0, d 3 cd ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Όπως προαναφέρθηκε, σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η διερεύνηση συγκεκριµένων µέσων ανάσχεσης του µειονεκτήµατος των φορέων (5) 4

5 σκυροδέµατος να εµφανίζουν µεγάλες παραµορφώσεις εξαιτίας κυρίως του ερπυσµού και της ξήρανσης, ώστε να υπάρχει δυνατότης κατασκευής πλακών και δοκών µε µικρότερα πάχη. Η ανεύρεση πρόσφορων, οικονοµικών, και αποτελεσµατικών τρόπων ανάσχεσης του αποτελέσµατος των χρονίων παραµορφώσεων είναι αναγκαία και δεν αφορά µόνον τις µεθόδους της προβολοδόµησης και της προώθησης στις γέφυρες αλλά και τις συνήθεις πλάκες των οικοδοµικών έργων, όπου η αποφυγή σηµαντικών βελών, ιδίως στους προβόλους, επιτυγχάνεται µέσω µεγάλων παχών των πλακών κι έτσι προκύπτουν αντιοικονοµικά αποτελέσµατα, καθόσον είναι γνωστό, ότι βάσει του συσχετισµού κόστους του κυβικού σκυροδέµατος αφενός και του Kg χάλυβα αφετέρου η οικονοµικότεροι φορείς προκύπτουν από τη χρήση µεγαλύτερης ποσότητας χάλυβα και ολίγου σκυροδέµατος. Ωστόσο η ανατροπή έρχεται από τα βέλη τα οποία αναγκάζουν τον µελετητή να προσφεύγει σε µεγάλα πάχη πλακών προτάσσοντας αναγκαστικώς τη λειτουργικότητα έναντι της οικονοµίας. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου δεν χρησιµοποιήθηκαν κυλινδρικά δοκίµια, όπως συµβαίνει κατά κανόνα, αλλά πραγµατικοί φορείς δοκίµια πρόβολοι υπό κλίµακα 1 :,4 υποκείµενοι σε οιονεί µόνιµη µακροχρόνια φόρτιση υπό κάµψη. Παράµετροι που επηρεάζουν την έρευνα Το σκυρόδεµα είναι υλικό το οποίο παρουσιάζει παραµορφώσεις για µεγάλο χρονικό διάστηµα. Η ανάσχεση αυτών των παραµορφώσεων είναι δυνατόν να γίνει µε διάφορα µέσα, τα οποία όµως πολλές φορές είναι αντιοικονοµικά. Όπως αναφέρθηκε πριν, ένας τρόπος µείωσης των παραµορφώσεων είναι η αύξηση του πάχους της πλάκας, µε συνέπεια αύξηση του κόστους της κατασκευής. Τα αποτελέσµατα της έρευνας έδειξαν ότι η χρήση των επιλεγεισών µεθόδων µπορεί να φέρει σηµαντική µείωση των χρονίων παραµορφώσεων. Η κύρια παράµετρος που επηρεάζει την έρευνα είναι η οικονοµία, πάντα σε συνδυασµό µε τη βέλτιστη κατασκευαστική λύση. Αυτός εξάλλου είναι και ένας από τους στόχους του Πολιτικού Μηχανικού σε κάθε κατασκευή. οκίµια Στα πλαίσια της εργασίας κατασκευάστηκαν 1 (6 διπλά) δοκίµια, µέσω των οποίων ελέγχθηκε η απόδοση διαφόρων τρόπων ανάσχεσης των παραµορφώσεων. Τα δοκίµια αποτελούν γεωµετρική και γενικότερα κατασκευαστική προσοµοίωση υπό κλίµακα 1:,4 δώδεκα πλακών προβόλων οπλισµένου σκυροδέµατος, µήκους,5 m, και ύψους διατοµής h f =0,3 m. Με βάση τη συγκεκριµένη κλίµακα, τα δοκίµια που κατασκευάστηκαν είχαν τις εξής διαστάσεις: h f =0,095 m, b=0,0 m και l=1,04 m. Για την εξασφάλιση της πάκτωσης των δοκιµίων προβόλων, κατασκευάστηκαν αµφίπλευροι πρόβολοι, οι οποίοι είχαν στο µεσαίο τµήµα τους µία µεταβατική ζώνη 0,0 m, επί της οποίας επιβλήθηκε φορτίο µε βαριά πρίσµατα σκυροδέµατος, διαστάσεων 0,0ÿ0,30ÿ0,30 m όπως φαίνεται και στο Σχήµα 1. Οι απαιτούµενοι διαµήκεις οπλισµοί του πραγµατικού προβόλου υπολογίζονται ως εξής: 1,35G + 1,5Q = 1,35 (5 0, 3+ 1,5) + 1,5 5 = 17,3KN / m (6) 5

6 Η ροπή που αναπτύσσεται σε πλάτος 1m είναι: m sd 17,3,5 = = 54,06KNm / m (7) Σχήµα1. ιακρίνεται η δηµιουργία της πάκτωσης των προβόλων µε πρίσµατα σκυροδέµατος. Αξίζει να αναφερθεί ότι η πάκτωση µε αυτόν τον τρόπο είναι ιδιαίτερα αποτελεσµατική. m 1,5 54,06 µ = = = 0,10 ω = 0,108 b d f 1 0, 0000 sd cd (8) f 0 1,15 α = ω = = f 500 1,5 cd s bd 0,108 1,0 0, 6,65cm / m yd Η ροπή η οποία αναπτύσσεται λόγω των οιονεί µόνιµων φορτίων έχει τιµή: 8,75,5 m = = 7,34KNm / m Η τάση η οποία αναπτύσσεται έχει τιµή: (9) (10) m 7,34 σ s = = =,84KN / cm z A 0,9 0, 6,65 s Ο οπλισµός που τοποθετήθηκε στα δοκίµια υπολογίστηκε µε βάση την κλίµακα µε την οποία έγινε ο προγραµµατισµός του πειράµατος, και µε το πλάτος των (11) 6

7 δοκιµίων. Απαιτήθηκαν 0,55 cm, και τοποθετήθηκαν 4Φ4,. Η τάση η οποία εµφανίζεται στην πραγµατική κατασκευή, επιδιώχθηκε να εµφανίζεται και στα δοκίµια, οπότε: M = ί,84 0,9 δοκιµ ου 0,085 0,55 = 0,933 ΚΝ m (1) Η οιονεί µόνιµη φόρτιση που προκαλεί αυτή τη ροπή στα δοκίµια είναι g+0,3q=ÿ0,933/1,04 =1,75 ΚΝ/m και σ αυτήν περιλαµβάνεται το Ι.Β. του δοκιµίου. Το πλέον του ιδίου βάρους φορτίο προσάγεται µέσω πλήρων ή τµηµάτων κυβικών δοκιµίων σκυροδέµατος. οκίµια επιφόρτισης Πρίσµατα βελτίωσης της πάκτωσης Μετρούµενη παραµόρφωση (βύθιση) Μ=-0,933 KNm Πρίσµατα βάσης 1,04 0, 1,04 ιπλό δοκίµιο - πρόβολος Ουδέτερη ζώνη Σχήµα. ιπλά δοκίµια πρόβολοι και η διάταξη φόρτισης τους. Τα φορτία τα οποία θεωρήθηκαν στους προβόλους υπολογίστηκαν σύµφωνα µε τον Ε.Κ.Ω.Σ. 000, και αποτελούν τα οιονεί µόνιµα φορτία, στα οποία οφείλονται τα φαινόµενα του ερπυσµού και της συστολής ξήρανσης. Συγκεκριµένα, το φορτίο του προβόλου της πραγµατικής κατασκευής είναι: Ι.Β. προβόλου= 5ÿ0,3=5,75 KN/m, πρόσθετο µόνιµο φορτίο προβόλου= 1,5 KN/m, Μεταβλητό φορτίο προβόλου= 5,0 KN/m. Τα οιονεί µόνιµα φορτία υπολογίζονται από τη σχέση: G+0,3Q, δηλαδή έχουν τιµή: (5,75 + 1,5) +0,3ÿ5,0 = 8,75 KN/m. Χαρακτηριστικά των δοκιµίων Όπως έχει αναφερθεί και πριν, η ανάσχεση των χρονίων παραµορφώσεων επιδιώχθηκε µε τα παρακάτω µέσα: Τοποθέτηση θλιβόµενου οπλισµού, Αύξηση του εφελκυόµενου οπλισµού, ώστε να µεγαλώσει το ύψος της θλιβόµενης ζώνης, και ως εκ τούτου να µειωθεί η τάση του σκυροδέµατος στη θλιβόµενη ζώνη, Χρησιµοποίηση στην θλιβόµενη ζώνη µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας (όπως το EMACO) και οποιουδήποτε παρεµφερούς υλικού από αυτά τα οποία χαρακτηρίζονται ως υψηλής αντοχής και µη συρρικνούµενα, και 7

8 Συνδυασµούς των παραπάνω. Προγραµµατίσθηκε η κατασκευή των παρακάτω 1 δοκιµίων προβόλων σκυροδέµατος: Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό ρ:4φ4, (0,55 cm ) (αµφίπλευρος, διπλός πρόβολος, εκπρόσωπος της συµβατικής περίπτωσης µε την οποίαν συγκρίθηκαν οι υπόλοιποι), οκίµιο ρ-0-0, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό ρ: 8Φ4, (1,1 cm ), οκίµιο ρ-0-0 Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό 3ρ:1Φ4, (1,65 cm ), οκίµιο 3ρ- 0-0, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό 3ρ:1Φ4, (1,65 cm ) και θλιβόµενο οπλισµό 3Φ10 (,356 cm ), οκίµιο 3ρ-4ρ -0, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό ρ:4φ4, (0,55 cm ) και θλιβόµενο οπλισµό 3Φ8 (1,508 cm ), οκίµιο ρ-3ρ -0, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό ρ:4φ4, (0,55 cm ) και θλιβόµενο οπλισµό 3Φ5 (0,59 cm ), οκίµιο ρ-ρ -0, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό ρ: 8Φ4, (1,1 cm ), µε χρήση µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας στη θλιβόµενη ζώνη, οκίµιο ρ-0-ε, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό 3ρ:1Φ4, (1,65 cm ), µε χρήση µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας στη θλιβόµενη ζώνη, οκίµιο 3ρ-0-Ε, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό 3ρ:1Φ4, (1,65 cm ) και θλιβόµενο οπλισµό 3Φ10 (,356 cm ), µε χρήση µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας στη θλιβόµενη ζώνη, οκίµιο 3ρ-4ρ -Ε, Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό ρ:4φ4, (0,55 cm ) και θλιβόµενο οπλισµό 3Φ8 (1,508 cm ), µε χρήση µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας στη θλιβόµενη ζώνη, οκίµιο ρ-3ρ -Ε και Πρόβολος µε εφελκυόµενο οπλισµό ρ:4φ4, (0,55 cm ) και θλιβόµενο οπλισµό 3Φ5 (0,59 cm ), µε χρήση µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας στη θλιβόµενη ζώνη, οκίµιο ρ-ρ -Ε. Συνολικά δηλαδή κατασκευάστηκαν 6 αµφίπλευροι πρόβολοι µε συνολικό µήκος,8 m έκαστος, Σχήµα. Μη συρρικνούµενο τσιµεντοκονίαµα (EMACO) Στη θλιβόµενη ζώνη έξι εκ των δώδεκα δοκιµίων τοποθετήθηκε µη συρρικνούµενο τσιµεντοκονίαµα. Αυτό εµφανίζει αντοχή πολύ µεγαλύτερη από αυτή του κοινού σκυροδέµατος, ενώ όπως αποδείχθηκε και από τα αποτελέσµατα της παρούσας οι χρόνιες παραµορφώσεις παρουσιάζουν δραστική µείωση µε τη χρησιµοποίηση του. Η ποσότητα νερού που προστέθηκε έπρεπε να είναι τόση ώστε το κονίαµα να µην είναι πολύ ρευστό. Η µη συρρικνούµενη τσιµεντοκονία τοποθετήθηκε εκατέρωθεν της θεωρητικής πάκτωσης του προβόλου σε µία απόσταση 30 cm προς την άκρη του και 10 cm προς την «ουδέτερη ζώνη» µεταξύ των δύο εκατέρωθεν προβόλων, συνολικά δηλαδή σε µήκος 40 cm. Το πάχος της µη συρρικνούµενης τσιµεντοκονίας ήταν 3 cm, άνωθεν της θλιβόµενης ίνας. ιάταξη φόρτισης Η µεταφορά των 6 διπλών δοκιµίων προβόλων σκυροδέµατος στο χώρο φόρτισης τους, έγινε πέντε ηµέρες µετά τη σκυροδέτηση τους. Κατά το χρονικό 8

9 διάστηµα µεταξύ σκυροδέτησης και µεταφοράς τους γινόταν καθηµερινή διαβροχή των δοκιµίων, τα οποία είχαν καλυφθεί µε λινάτσες, προς αποφυγή των συνεπειών της ξήρανσης του σκυροδέµατος. Η φόρτιση των προβόλων προβλέφθηκε να γίνει σε χώρο του Εργαστηρίου µε κατάλληλες περιβαλλοντολογικές συνθήκες. Αρχικά τοποθετήθηκαν οι βάσεις πάνω στις οποίες θα γινόταν η εναπόθεση των δοκιµίων. Οι βάσεις αυτές ήταν πρίσµατα από σκυρόδεµα µε διαστάσεις 30ÿ30ÿ0 cm. Η πλευρά των βάσεων µε µήκος 0 cm ήταν έτσι «προσανατολισµένη» ώστε να εφαρµόσει πάνω σε αυτή η «ουδέτερη ζώνη» των δοκιµίων. Συνολικά τοποθετήθηκαν τέσσερις βάσεις στη σειρά µε συνολικό µήκος 1, m, όσο δηλαδή και το άθροισµα των πλατών των δοκιµίων, Σχήµα 3. Για τη βελτίωση των συνθηκών πάκτωσης τοποθετήθηκαν τέσσερα όµοια µε τα προηγούµενα πρίσµατα σκυροδέµατος διαστάσεων 30ÿ30ÿ0 cm, επί της «ουδέτερης ζώνης» των διπλών δοκιµίων. Η τοποθέτηση των δοκιµίων φορτίων µέσω των οποίων έγινε η πλέον του Ιδίου Βάρους συµπλήρωση του οιονεί µονίµου φορτίου των δοκιµίων προβόλων έλαβε χώρα 5 ηµέρες µετά τη σκυροδέτηση, στις 3/1/008. Χρειάστηκε κατάλληλος συντονισµός για τη συγκεκριµένη διαδικασία, καθώς έπρεπε ταυτόχρονα να τοποθετούνται τα πρίσµατα στις δύο πλευρές και να µην προκληθεί ανατροπή των διπλών προβόλων. Μόλις φορτίστηκαν και οι 1 πρόβολοι αµέσως ακολούθησε η πρώτη µέτρηση της βύθισης των άκρων τους, η οποία απετέλεσε και την µέτρηση αφετηρία του µεριδίου των εκ των χρονίων αιτίων παραµορφώσεων. Οι µετρήσεις των παραµορφώσεων γινόταν ανά τακτά διαστήµατα µε τη χρήση ηλεκτρονικού παχύµετρου. Σχήµα 3. ιακρίνεται η φόρτιση των δοκιµίων προβόλων, καθώς και η επίτευξη της πάκτωσης µε πρίσµατα σκυροδέµατος επί της «ουδέτερης ζώνης». Πειραµατικά Αποτελέσµατα ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΕΡΕΥΝΑΣ Ως αφετηρία των µετρήσεων θεωρήθηκε, όπως προαναφέρθηκε, το βέλος κάµψης των δοκιµίων αµέσως µετά τη φόρτιση τους. Στο Σχήµα 4 δίνονται τα συνολικά 9

10 αποτελέσµατα της πειραµατικής έρευνας επί των βυθίσεων των δοκιµίων προβόλων για διάστηµα 4 µηνών από την έναρξη της φόρτισης. Σύγκριση αποτελεσµάτων µε την πραγµατική κατασκευή Τα βέλη που µετρήθηκαν για τους 10 µη συµβατικώς οπλισµένους προβόλους συγκρίθηκαν µε το µέσο όρο των αποτελεσµάτων του διπλού συµβατικώς οπλισµένου προβόλου, καθώς και µε τα υπολογιστικά βάσει της µεθοδολογίας του Κανονισµού, υπό την έννοιαν της απόπειρας βαθµονόµησης του. ΧΡΟΝΙΕΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΙΣ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ (mm) 4,5 4 3,5 3,5 1,5 1 0, ΧΡΟΝΟΣ (Ηµέρες) ρ-0-0 ρ-0-ε 3ρ-0-Ε 3ρ-4ρ'-Ε ρ-3ρ'-ε ρ-ρ'-ε ρ-0-0 ρ-0-0 3ρ-0-0 3ρ-4ρ'-0 ρ-3ρ'-0 ρ-ρ'-0 Σχήµα 4. ιάγραµµα που απεικονίζει τις απόλυτες παραµορφώσεις των προβόλων του πειράµατος, όπως αυτές µετρήθηκαν διαδοχικά. Στο υπόµνηµα, ο πρώτος δείκτης αναφέρεται στον εφελκυόµενο οπλισµό, ο δεύτερος στο θλιβόµενο και ο τρίτος στην παρουσία ή όχι EMACO στη θλιβόµενη ζώνη. Σε κάθε περίπτωση γινόταν έλεγχος ώστε: f 1 < l 50 eff (13) Με τα αποτελέσµατα των υπολογισµών δηµιουργήθηκε το διάγραµµα του Σχήµατος 5, όπου φαίνεται η σύγκριση των επί τόπου µετρήσεων του πειράµατος µε αυτές που υπολογίστηκαν, τόσο για το πείραµα, όσο και για την πραγµατική κατασκευή. 10

11 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ 1 Παραµόρφωση δ (mm) ,698 3,58 9,05 3,783,85 9,394 4,35 3,55 10,147 4,708 3,9 Τιµές πειράµατος Υπολογισµός Πραγµατική Κατασκευή Χρόνος (ηµέρες) Σχήµα 5. Με τη µπλε καµπύλη φαίνονται οι παραµορφώσεις του πειράµατος. Με την πράσινη τα αναµενόµενα βέλη του, ενώ µε την κόκκινη καµπύλη τα αναµενόµενα βέλη της πραγµατικής κατασκευής. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Επιδιώχθηκε στην παρούσα πειραµατική έρευνα η ανεύρεση τρόπων ανάσχεσης των βελών των φορέων των κατασκευών. Οι τρόποι που εξετάστηκαν σχετίζονται: (i) µε την τοποθέτηση θλιβοµένου οπλισµού, (ii) µε την αύξηση του απαιτούµενου για τα φορτία εφελκυόµενου, (iii) µε την χρησιµοποίηση µη συρρικνούµενου κονιάµατος στην περιοχή της θλιβόµενης ζώνης και, (iv) µε συνδυασµούς αυτών. Ως κυριότερα συµπεράσµατα της εργασίας διατυπώνονται τα εξής: (1) Η µεθοδολογία υπολογισµού των βελών που περιγράφεται στο Παράρτηµα του κανονισµού δίδει αποτελέσµατα κοντά στα πειραµατικά και αποκλίνοντα ελαφρώς προς την πλευρά της ασφάλειας. Το βέλος της πραγµατικής κατασκευής υπολογίστηκε βάσει του Κανονισµού και είναι,65 φορές µεγαλύτερο από το βέλος του αντιστοίχου δοκιµίου του Πειράµατος. Ο λόγος αυτός είναι πολύ κοντά στην κλίµακα 1:,4 που χρησιµοποιήθηκε στην εργασία. () Ο δραστικότερος περιορισµός της τιµής του αναµενόµενου βέλους είναι δυνατόν να επιτευχθεί µε το συνδυασµό χρησιµοποίησης ράβδων, δίκην βλήτρων, θλιβοµένου οπλισµού διαµέτρου, στους πραγµατικούς φορείς Φ0, µε µη συρρικνούµενη τσιµεντοκονία. Στην περίπτωση αυτή διαπιστώθηκε πειραµατικώς, ότι το βέλος περιορίστηκε στο 15% του κανονικού. Όχι κατά 15% 11

12 αλλά στο 15%. Στις υπόλοιπες περιπτώσεις που εξετάστηκαν τα αποτελέσµατα κλιµακώθηκαν κατά περίπτωση. Σηµειωτέον, ότι στα ενισχυµένα δοκίµια, πλην του 3ρ-0-0, στις 50 ηµέρες σταθεροποιήθηκε το βέλος, Σχήµα 4, ενώ το δίδυµο συµβατικό δοκίµιο αφετηρία, όπως και το 3ρ-0-0, φαίνεται ότι θα συνεχίσουν να αυξάνουν τα βέλη τους. (3) Στην περίπτωση που τοποθετήθηκε σκοπίµως θλιβόµενος οπλισµός ίσος προς τον εφελκυόµενο το βέλος περιορίστηκε στο 65% του κανονικού. Γενικώς, επαναλαµβάνεται και στο σηµείο αυτό, ότι έχει πολύ µεγάλο ενδιαφέρον η µείωση των παραµορφώσεων (βελών) των φορέων, καθόσον τα πάχη αυτών προκύπτουν µε το κριτήριο των ανεκτών παραµορφώσεων, ενώ η οικονοµία σχετίζεται µε τα µικρότερα δυνατά πάχη και την αύξηση των ποσοστών των οπλισµών. Ο περιορισµός αυτός του πάχους µπορεί να επιτευχθεί µε πολλούς τρόπους, µπορούν, για παράδειγµα, να τοποθετηθούν βλήτρα µεγάλης διαµέτρου, π.χ. Φ0, στους προβόλους, και να αποφύγουµε την αύξηση του πάχους της πλάκας. Σηµειωτέον, ότι η αύξηση του πάχους της πλάκας ενός προβόλου µπορεί να παρασύρει και το πάχος στην πλάκα όλου του ορόφου, ή µεγάλου µέρους αυτής, καθώς αυτό πρέπει να συνεχισθεί προς το εσωτερικό της κάτοψης. Συνεπώς και το κόστος της πλάκας αυξάνεται δραµατικώς, λαµβάνοντας υπ όψιν το συσχετισµό κόστους του κυβικού σκυροδέµατος και του Kg χάλυβα. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] Gavaise E., Papaefthimiou K., Tzaveas T., Stylianidis K., Tegos J., The problem of minimum cost for structural members of earthquake resistant bridges, International Symposium: Earthquake Resistant Engineering Structures (ERES), Skiathos, Greece (007) [] Σταθόπουλος Σ., Γέφυρα Βοτονοσίου, 14ο Συνέδριο Σκυροδέµατος, ΚΩΣ, Οκτώβριος 003 [3] Ελληνικός Κανονισµός Ωπλισµένου Σκυροδέµατος 000, ΟΑΣΠ, 000 1