Τριαντάφυλλος ΜΑΚΑΡΙΟΣ 1, Μίλτων ΔΗΜΟΣΘΕΝΟΥΣ 2

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 2047 Τα Παραδοσιακά Κτίρια της Λευκάδας με το Διπλό Δομικό Σύστημα και η Αντισεισμική τους Συμπεριφορά The Traditional Buildings of Lefkada with double Bearing System and their Seismic Behavior Τριαντάφυλλος ΜΑΚΑΡΙΟΣ 1, Μίλτων ΔΗΜΟΣΘΕΝΟΥΣ 2 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Στην εργασία αυτή, εξετάζεται η σεισμική συμπεριφορά των παραδοσιακών κτιρίων της Λευκάδας που διαθέτουν το παραδοσιακό διπλό δομικό σύστημα αντισεισμικότητας. Η καλή σεισμική συμπεριφορά των κτιρίων αυτών επαληθεύτηκε και στον ισχυρό σεισμό της 14 ης Αυγούστου 2003 που έπληξε την Λευκάδα. Το μεν πρώτο δομικό σύστημα αποτελείται από φέρουσα λιθοδομή στο ισόγειο, ενώ το δεύτερο δομικό σύστημα αποτελείται από ξύλινο χωρικό πλαίσιο των ανώτερων ορόφων το οποίο καταλήγει στο ισόγειο σε ξύλινα υποστυλώματα. Τα δύο δομικά συστήματα συνεργάζονται μεταξύ τους. Παρουσιάζονται ενδεικτικά αποτελέσματα από ένα αριθμητικό παράδειγμα τέτοιου κτιρίου από το οποίο αναδεικνύεται τόσο η καλή σεισμική συμπεριφορά των κτιρίων αυτών όσο και η ερμηνεία των εμφανισθέντων βλαβών σ αυτά λόγω του σεισμού της 14 ης Αυγούστου ABSTRACT : This paper deals with the seismic response of the traditional buildings of Lefkas Island in western Greece. These structures, with two up to four storeys, have special structural characteristics, such the dual load carrying system. The first main load carrying system consists of single-story stone masonry walls, while the second main load carrying system consists of 3D multistory wooden frames at the inner perimeter of the ground-floor masonry walls. Therefore, the load bearing system of the upper storeys, over the ground floor, consists of a wooden 3D frame with diagonal trusses that are infilled by walls of bricks and lime mortar. There is, also, a tiled wooden roof. During the earthquake of August 14 th, 2003 (M=6.2), the seismic behaviour of these buildings was very good. However, limited partial collapse of the masonry walls took place in some cases at the low storey and some cracks around the openings were observed. In the upper floors, the load-bearing wooden frames did not suffer damage, but the brick infill cracked and out of plane falls were observed. In this paper, the analytical investigation of the seismic behaviour of such structures is developed and valuable conclusions are presented. 1 Εντετ. Ερευνητής Ινστ. Τεχν. Σεισμ.& Αντισεισμ. Κατασκευών (ΙΤΣΑΚ), Θεσ/νίκη, makarios@itsak.gr 2 Kύριος Ερευνητής & Δ/ντής Ινστ. Τεχν. Σεισμ.& Αντισεισμ. Κατασκευών, Θεσ/νίκη, demilton@itsak.gr

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην εργασία αυτή, εξετάζεται η σεισμική συμπεριφορά των παραδοσιακών κτιρίων της Λευκάδας που διαθέτουν διπλό δομικό σύστημα ανάληψης σεισμικών φορτίων, με στόχο την ανάδειξη της αντισεισμικής τους συμπεριφοράς, με αφορμή τον σεισμό της 14 ης Αυγούστου του Οι μέγιστες καταγεγραμμένες και διορθωμένες εδαφικές επιταχύνσεις του σεισμού αυτού στην πόλη της Λευκάδας ήταν 0.42g, 0.34g για τις δύο οριζόντιες σεισμικές συνιστώσες και 0.19g για την κατακόρυφη σεισμική συνιστώσα (Margaris et al 2003) (Σχήμα 1-3). Ο σεισμός ήταν μεγέθους Μ w =6.2 με εστιακό βάθος περίπου 12 km (Karakostas et al 2004), ενώ ο επιταχυνσιογράφος του ΙΤΣΑΚ ήταν εγκατεστημένος μέσα στην πόλη της Λευκάδος και σε απόσταση 10-12km από το επίκεντρο του σεισμού. Η μορφολογία, το δομικό σύστημα, ο τρόπος κατασκευής αυτών των παραδοσιακών κτιρίων, καθώς επίσης και η αντισεισμική συμπεριφορά τους, αποτέλεσε αντικείμενο έρευνας των ερευνητών και κατά το παρελθόν (Τουλιάτος 1992, Touliatos 2000, Μακάριος & Δημοσθένους 2004, Karakostas et al 2005, Makarios & Demosthenous 2006, Τουλιάτος & Βιντζηλαίου 2006, Vintzileou et al 2007). Στo πλαίσιο αυτής της εργασίας, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από υπολογιστική παραμετρική ανάλυση μίας σειράς από χωρικά προσομοιώματα διώροφων και τριώροφων παραδοσιακών κτιρίων με διπλό δομικό σύστημα, στα οποία τηρούνται τα τυπικά χαρακτηριστικά που εμφανίζονται στα παραδοσιακά κτίρια της Λευκάδας και παρουσιάζονται ενδεικτικά τα αποτελέσματα ενός από τα εξετασθέντα κτίρια, ενώ ως σεισμική διέγερση στη βάση για τον γραμμικό δυναμικό υπολογισμό, θεωρήθηκε η διορθωμένη καταγεγραμμένη, από τον επιταχυνσιογράφο του ΙΤΣΑΚ, χρονοϊστορία της εδαφικής σεισμικής κίνησης στο ιστορικό κέντρο της Λευκάδας (Σχήμα1-3). Στην περίπτωση που εφαρμόζεται ο δυναμικός φασματικός υπολογισμός τότε χρησιμοποιούνται τα φάσματα απόκρισης επιτάχυνσης του εν λόγω σεισμού (Σχήμα 4). Σχήμα 1. Το επιταχυνσιόγραμμα στην διαμήκη (L) οριζόντια διεύθυνση του κύριου σεισμού της 14 ης Αυγούστου 2003 στην Λευκάδα. 2

3 Σχήμα 2. Το επιταχυνσιόγραμμα στην διαμήκη (Τ) οριζόντια διεύθυνση του κύριου σεισμού της 14 ης Αυγούστου 2003 στην Λευκάδα. Σχήμα 3 Το επιταχυνσιόγραμμα στην κατακόρυφη (V) διεύθυνση του κύριου σεισμού της 14 ης Αυγούστου 2003 στην Λευκάδα. Σχήμα 4 Τα φάσματα απόκρισης επιτάχυνσης του σεισμού της 14 ης Αυγούστου 2003 στην Λευκάδα. 3

4 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΔΟΣΙΑΚΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΜΕ ΤΟ ΔΙΠΛΟ ΔΟΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Τα παραδοσιακά κτίρια της Λευκάδας με διπλό δομικό σύστημα διαθέτουν δύο έως τρεις ορόφους (Σχήμα 5,6). Τα θεμέλια είναι κατασκευασμένα με τη χρήση ακατέργαστων ή κατεργασμένων λίθων, ψιλής άμμου, ποζουλάνας και ξύλινων στοιχείων οριζόντια τοποθετημένων. Με την κατάλληλη χρήση αυτών των υλικών, κατασκευάζονταν καλές θεμελιώσεις και για το λόγο αυτό δεν εντοπίστηκαν ιδιαίτερα προβλήματα από καθιζήσεις. Είναι άξιο λόγου να αναφερθεί ό,τι στο κατώτερο τμήμα του θεμελίου τοποθετούνταν, εντός της στάθμης του υπόγειου ύδατος, τρεις επάλληλες στρώσεις ξύλινων οριζόντιων δοκών μήκους ενός έως δύο μέτρων (Σχήμα 7), ορθογωνικής ή κυκλικής διατομής, εμβαδού διατομής της κάθε μιας περίπου 130cm 2, σε παράλληλες διατάξεις περίπου ανά 45cm (Παπαδάτου-Γιαννοπούλου 1999), δίκην υποθεμελίωσης, προκειμένου οι τεχνίτες να αποφύγουν να εργάζονται εντός του νερού, καθότι η στάθμη του υπόγειου ύδατος στην πόλη της Λευκάδας βρίσκεται αρκετά υψηλά από 0.50m έως 1.00m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους, με αποτέλεσμα και την αποφυγή των διαφορικών καθιζήσεων των λιθόκτιστων τοίχων γεγονός που είναι ορατό μέχρι και σήμερα (100 έως 200 χρόνια μετά). Τα ξύλα αυτά, πριν τη χρήση τους, καθαριζόταν από την φλούδα τους και τοποθετούνταν για επτά περίπου εβδομάδες στην «θαλάσσια λάσπη», για να μην είναι ευπρόσβλητα από την διείσδυση των μικροοργανισμών που το αποσυνθέτουν, ενώ στην συνέχεια αλειφόταν κατά κανόνα με πίσσα και κατράμι. Η κοπή όλων των ξύλων γινόταν πάντοτε μια ορισμένη εποχή του έτους, αποκλειστικά από δένδρα όπως η δρυς, η οξιά ή το κυπαρίσσι, τα οποία έχουν την ιδιότητα να μη σαπίζουν όταν αυτά υποστούν επεξεργασία και τοποθετηθούν εντός του υπόγειου ύδατος. Η τεχνική αυτή της ξύλινης υποθεμελίωσης αποτελεί τμήμα της Ελληνικής δομικής παράδοσης αφού συναντάται και σε άλλες περιοχές εκτός της Λευκάδας με ή χωρίς παραλλαγές (π.χ. σε πέτρινα γεφύρια της Ηπείρου/ Θεσσαλίας/ Μακεδονίας, σε αγροτικό οικισμό στα Κύθηρα). Δεν αποκλείεται η υπόψη τρίστρωτη ξύλινη υποθεμελίωση να λειτουργεί μερικώς και ως ένα είδος πρωτόγονης σεισμικής μόνωσης, σημείο που για να διερευνηθεί απαιτείται είτε διενέργεια κατάλληλου πειράματος σε πεδίο δοκιμών, είτε ενοργάνωση ενός τέτοιου κτιρίου και αναμονή εκδήλωσης μέτριου ή ισχυρού σεισμικού συμβάντος προκειμένου να καταγραφεί η σεισμική του απόκρισης. Το ισόγειο αποτελείται από δίστρωτη ή τρίστρωτη λιθοδομή πάχους 0.50m έως 0.70m. Εσωτερικά των περιμετρικών τοίχων του ισογείου τοποθετούνται ξύλινα υποστυλώματα τα οποία είτε εισέρχονται είτε στηρίζονται στο θεμέλιο της περιμετρικής λιθοδομής. Τα ξύλινα υποστυλώματα συνδέονται στην κεφαλή τους με ξύλινους δοκούς δημιουργώντας ένα ξύλινο τρισδιάστατο πλαίσιο (Σχήμα 8-13). Τα ξύλινα αυτά δοκάρια προεκτείνονται και στηρίζονται ταυτόχρονα στη στέψη του λιθόκτιστου περιμετρικού τοίχου, ενώνοντας «στατικά» το ξύλινο χωρικό σύστημα με τους λιθόκτιστους περιμετρικούς τοίχους, για τα φορτία βαρύτητας (Σχήμα 8). Επάνω στις δοκούς τοποθετούνται οριζόντια οι ξύλινες τεγίδες και επί των τελευταίων καρφώνονται τα σανίδια του πατώματος, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ικανοποιητικού βαθμού διαφραγματικής λειτουργίας περί κατακόρυφο άξονα. Στα σημεία έδρασης των δοκών επί της λιθόκτιστης περιμετρικής τοιχοποιίας, εδράζεται ο ξύλινος όροφος που αποτελεί στην πραγματικότητα ένα ξύλινο χωρικό σύστημα δικτυώματος, ενώ οι κύριοι κόμβοι του υπόψη δικτυώματος ενισχύονται με γωνιακούς ξύλινους συνδέσμους μορφής Γ ή L προς εξασφάλιση της πλαισιακής λειτουργίας του υπόψη συστήματος προς μεταβίβαση καμπτικών ροπών από τα ζυγώματα στα υποστυλώματα (Σχήμα 11-12). Αν δεν ακολουθεί τρίτος όροφος, παρόμοιος με το δεύτερο, τότε κατασκευάζεται η στέγη του κτιρίου 4

5 από ξύλινο δικτύωμα και τοποθετούνται τα κεραμίδια. Στη συνέχεια, όχι όμως πάντοτε, πληρώνεται ο ξύλινος οργανισμός του ορόφου με τοιχοποιία από συμπαγές κεραμικό τούβλο χρησιμοποιώντας κονίαμα (τρεμέτζα, Σχήμα 13). Τέλος, τοποθετείται η εξωτερική τσίγκινη λαμαρίνα επικαλύπτοντας τους ξύλινους δικτυωτούς περιμετρικούς τοίχους του ορόφου, για λόγους υγροπροστασίας. Η υπόψη λαμαρίνα επιπλέον συνεισφέρει στη διαφραγματική λειτουργία των τοίχων περί οριζόντιο άξονα κάθετο στο επίπεδο του τοίχου. Επίχρισμα τοποθετείται τόσο στην εσωτερική παρειά των περιμετρικών τοίχων του ορόφου όσο και στους λιθόκτιστους τοίχους του ισογείου. Σήμερα, έχουν ήδη αρχίσει οι πρώτες εμπειρικές προσπάθειες χρήσης νεώτερων υλικών όπως είναι η χρήση μεταλλικών ράβδων (χάλυβα ή αλουμινίου) αντί ξύλινων (Σχήμα 14-16), η χρήση νευρομετάλλ αντί εξωτερικής λαμαρίνας (Σχήμα 17), η χρήση υαλοβάμβακα ή πετροβάμβακα (Σχήμα 16) ή συνθετικών τούβλων αντί τρεμέτζα. Σχήμα 5,6. Το παλιό Δημαρχείο της Λευκάδας. Παραδοσιακό κτίριο με το διπλό δομικό σύστημα. Σχήμα 7. Σχηματική θεμελίωση των λιθόκτιστων παραδοσιακών κτιρίων της Λευκάδας. 5

6 Σχήμα 8,9. Το διπλό δομικό σύστημα. Το χωρικό ξύλινο δομικό σύστημα σε ορόφους άνω του ισογείου. Σχήμα 10,11. Εσωτερική άποψη ισογείου και ορόφου παραδοσιακού κτιρίου της Λευκάδας. Σχήμα 12,13. Ξύλινος γωνιακός σύνδεσμος προς εξασφάλιση της πλαισιακής λειτουργίας του κόμβου. Πλήρωση του ξύλινου πλαισίου με πλινθόκτιστη τοιχοποιία. 6

7 Σχήμα 14,15. Χρήση μεταλλικών δοκών σε φάση ανακατασκευής σε κτίριο της Λευκάδας.. Σχήμα 16,17. Χρήση υαλοβάμβακα, πλαισίου αλουμινίου & νευρομετάλ. ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΩΝ ΠΑΡΑΔΟΣΙΑΚΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ Για την μελέτη των παραδοσιακών κτιρίων της Λευκάδας με το διπλό δομικό σύστημα ανάληψης σεισμικών φορτίων ακολουθήθηκε η παρακάτω μεθοδολογία κάνοντας χρήση του προγράμματος SAP2000: Λεπτομερής αποτύπωση ικανού αριθμού παραδοσιακών κτιρίων της Λευκάδος. Συλλογή στοιχείων και χαρακτηριστικών της λιθοδομής του ισογείου, του ξύλου που χρησιμοποιείται καθώς επίσης και της τοιχοποιίας πλήρωσης του ξύλινου πλαισίου των ορόφων. Με βάση αυτές τις πληροφορίες και για τους σκοπούς της παρούσας διερεύνησης έχουν χρησιμοποιηθεί οι παρακάτω τιμές των μηχανικών χαρακτηριστικών των υλικών δόμησης: Υλικό Μέτρο Ελαστικότητας kn/m 2 Δείκτης Poisson V Ειδική πυκνότητα t/m 3 Ξύλο Κυπαρισσιού Τοιχοποιία ισογείου Τοιχοπλήρωση ορόφων

8 Στο ισόγειο, ο περιμετρικός λιθόκτιστος τοίχος θεωρήθηκε πάχους 70cm, και προσομοιώθηκε με επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία, ενώ τα ξύλινα στοιχεία προσομοιώθηκαν με γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία (Σχήμα 18-19). Ο ξύλινος σκελετός του ορόφου θεωρήθηκε ότι στηρίζεται αφενός στην στέψη του λιθόκτιστου ισογείου και αφετέρου στα ξύλινα υποστυλώματα του ισογείου. Τα ξύλινα υποστυλώματα του ισογείου προσομοιώθηκαν να στηρίζονται με αρθρώσεις στη θεμελίωσή τους δηλ. στη στάθμη του πατώματος ισογείου. Επίσης, ο τοίχος πλήρωσης του ξύλινου πλαισίου προσομοιώθηκε με επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία διαφόρου βαθμού δυσκαμψίας και σύνδεσης με το περιβάλλον πλαίσιο. Από επιλύσεις μόνο για κατακόρυφο φορτίο προκύπτει ότι το ξύλινο δομικό σύστημα παραλαμβάνει από 0% έως 80% των κατακόρυφων φορτίων βαρύτητας των ορόφων, αναλόγως του τρόπου κατασκευής των. Σημειώνεται ότι το 0% αντιστοιχεί στην περίπτωση που ο ξύλινος σκελετός τοποθετείται εκ των υστέρων, σε ένα ήδη υφιστάμενο λιθόκτιστο κτίριο και αφού τα φορτία βαρύτητας έχουν ήδη επιβληθεί, ενώ το 80% αντιστοιχεί στην περίπτωση κατά την οποία πρώτα κατασκευάζεται ο ξύλινος σκελετός και μετά, την εφαρμογή των μόνιμων φορτίων βαρύτητας, κατασκευάζονται οι λιθόκτιστοι περιμετρικοί τοίχοι του ισογείου (αυτό το τελευταίο μπορεί να προκύψει εναλλακτικά και από το ξανά-χτίσιμο μιας λιθόκτιστης τοιχοποιίας του ισογείου που είχε καταρρεύσει τμηματικά από έναν σεισμό όπου τα φορτία βαρύτητας της εγγύτερης περιοχής έχουν ήδη μεταφερθεί στο ξύλινο πλαίσιο). Στην τελευταία αυτή περίπτωση, είναι πιθανή η εμφάνιση ισχυρών εφελκυστικών ορθών τάσεων κατά τη διάρκεια μιας ισχυρής σεισμικής διέγερσης, διότι οι λιθόκτιστοι περιμετρικοί τοίχοι του ισογείου φέρουν μικρή κατακόρυφη αξονική θλιπτική φόρτιση και άρα πολύ εύκολα είναι δυνατό να αναπτυχθεί «εντατική κατάσταση» πέραν της αντοχής της τοιχοποιίας. Ιδιομορφική ανάλυση διώροφων παραδοσιακών κτιρίων με διπλό δομικό σύστημα και με στατική συνεργασία των δύο επιμέρους δομικών υποσυστημάτων. Σημειώνουμε ό,τι κατά την έννοια του ύψους των κτιρίων αυτών, η κατανομή της μεταφορικής δυσκαμψίας είναι έντονα άνιση και κυμαίνεται περίπου πέντε φορές υψηλότερη στο ισόγειο έναντι αυτής του ορόφου. Το αντίστοιχο ποσοστό στην κατανομή της μάζας φτάνει περίπου το έξι. Επιπρόσθετα, η μάζα του ισογείου είναι κυρίως κατανεμημένη στην επιφάνεια των τοίχων, ενώ ταυτόχρονα η μάζα των ξύλινων πατωμάτων είναι σχετικά μικρή. Αυτά έχουν ως αποτέλεσμα, να μην ισχύει η συνήθης παραδοχή περί συγκέντρωσης των μαζών στις στάθμες των ορόφων, παραδοχή που ισχύει κατά κανόνα στα κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα, και αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μην ενδείκνυται η χρήση της ισοδύναμης στατικής μεθόδου για την αναλυτική εκτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς των παραδοσιακών αυτών κτιρίων. Ως πλέον ενδεδειγμένη μέθοδος ανάλυσης θεωρείται ο γραμμικός δυναμικός υπολογισμός (φασματικός ή χρονολογικός), σε κατάλληλο προσομοίωμα το οποίο να λαμβάνει υπόψη την πραγματική κατανομή της μάζας και της δυσκαμψίας καθώς και τους απαραίτητους βαθμούς ελευθερίας του συστήματος. Διενέργεια γραμμικού δυναμικού υπολογισμού θέτοντας ταυτόχρονη διέγερση στη βάση τις δύο οριζόντιες καταγραφές του επιταχυνσιογραφήματος του κυρίως σεισμού της Λευκάδας, με πολλούς διαφορετικούς προσανατολισμούς (με γωνίες 8

9 προσανατολισμού 0 ο, 30 ο, 45 ο, 60 ο, 90 ο, 120 ο, 135 ο, 150 ο και 180 ο ). Κατά τους υπολογισμούς, για την εξαγωγή των τελικών μεγεθών απόκρισης, λήφθηκε υπόψη μεγάλος αριθμός ιδιομορφών οι οποίες ενεργοποιούν το 90% της μάζας. Από τους υπολογισμούς προέκυψε ότι οι μέγιστες αναπτυσσόμενες μετακινήσεις του φορέα από τη σύγχρονη δράση των δύο οριζόντιων σεισμικών συνιστωσών του κυρίου σεισμού της Λευκάδας είναι μικρές. Κοινό χαρακτηριστικό γνώρισμα όλων των προσομοιωμάτων ήταν οι έντονες, τοπικού χαρακτήρα, ταλαντώσεις των τοίχων του ορόφου κατά την εκτός επιπέδου τους διεύθυνση. Όπως είχε παρατηρηθεί μετά το σεισμό, οι βλάβες στους τοίχους πλήρωσης του ξύλινου δικτυώματος των περιμετρικών τοίχων του ορόφου, αναφέρονται στην αποκόλληση της τοιχοποιίας από το περιβάλλον ξύλινο πλαίσιο, στην χαλάρωση της σφήνωσής της και στην τμηματική πτώση του τοίχου λόγω των εγκάρσιων ταλαντώσεων του. Η πτώση των τοιχοποιιών πλήρωσης του ορόφου γίνεται πάντοτε προς την εσωτερική πλευρά λόγω ύπαρξης της εξωτερικής λαμαρίνας. Δεν αποκλείεται να συμβεί και πτώση κάποιου τοίχου πλήρωσης λόγω ταλαντώσεών του εγκάρσια ως προς το επίπεδό του. Επίσης, οι μετασεισμικές εμπειρίες έδειξαν πτώση κεραμιδιών από τις στέγες των υπόψη κτιρίων (Σχήμα 5), που αποδίδονται, κατόπιν συστηματικών αναλύσεων που έγιναν (Makarios & Demosthenous 2006), στην φασματική ενίσχυση της κατακόρυφης επιτάχυνσης του σεισμού εξαιτίας της κατακόρυφης ταλάντωσης των περισσότερων (όχι όμως όλων) ξύλινων στεγών οι οποίες διαθέτουν και χαμηλότερο συντελεστή ισοδύναμης ιξώδους απόσβεσης (περίπου ζ=0.015, Σχήμα 4). Πράγματι, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4 η μέγιστη φασματική επιτάχυνση του ελαστικού φάσματος της κατακόρυφης συνιστώσας ξεπερνά τα 10m/s 2 (δηλ. το 100% του g), και άρα δικαιολογείται πλήρως η διατάραξη των κεραμιδιών. Σημειώνεται ότι λόγω της κλίσης που έχουν οι στέγες των κτιρίων η διαταραχή των κεραμιδιών μπορεί να γίνει και για μικρότερες τιμές φασματικής επιτάχυνσης όπως τιμές μεγαλύτερες ή ίσες του 0.60g (Makarios & Demosthenous 2006). Υιοθέτηση του κριτηρίου αστοχίας Von Misses (Σχήμα 20-21) για την τοιχοποιία και τις τοιχοπληρώσεις με βάση το οποίο αξιολογούνται τα αποτελέσματα των ορθών τάσεων όπως προκύπτουν από την υπολογιστική διερεύνηση. Στα Σχήματα 18 και 19 φαίνεται ένα τυπικό προσομοίωμα ενός διώροφου παραδοσιακού κτιρίου με διπλό δομικό σύστημα, ενώ στο Σχήμα 22 φαίνονται και οι υπερβάσεις των ορθών εφελκυστικών τάσεων σ 11 και σ 22 στα επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία του. Τονίζεται ιδιαίτερα ότι οι βλάβες που διαπιστώθηκαν στα δευτερεύοντα στοιχεία πλήρωσης των ξύλινων ορόφων (δηλαδή στην τοιχοπλήρωση του ξύλινου σκελετού), συμπίπτουν με τις περιοχές αυτές όπου σημειώνεται συγκέντρωση των ορθών εφελκυστικών τάσεων (Σχήμα 23-28, Makarios & Demosthenous 2006). Η αναμενόμενη εικόνα βλάβης των λιθόκτιστων τοίχων του ισογείου, ξεκινά από τις διατμητικές ρηγματώσεις (Σχήμα 29) και φτάνει μέχρι και την τμηματική κατάρρευση αυτών (Σχήμα 30), είτε κοντά στα ανοίγματα είτε κυρίως στην στέψη του ισογείου, δηλαδή εκεί όπου εδράζεται ο υπεράνω όροφος. 9

10 Σχήμα 18. Προσομοίωμα διώροφου παραδοσιακού κτιρίου με το διπλό δομικό σύστημα. Σχήμα 19. Περιοχές συγκέντρωσης υψηλών τάσεων έξω από το μοντέλο αστοχίας του Von Misses. Σχήμα 20. Μοντέλο αστοχίας του Von Misses σε περιοχές συγκέντρωσης τάσεων. Σχήμα 21. Μοντέλο αστοχίας του Von Misses σε περιοχές συγκέντρωσης τάσεων. 10

11 Σχήμα 22. Σημεία υπέρβασης μέγιστων θετικών ορθών τάσεων σ 11 στον αρηγμάτωτο φορέα. Σημεία υπέρβασης και μέγιστων θετικών ορθών τάσεων σ 22 στον αρηγμάτωτο φορέα. Σχήμα 23, 24. Πτώση εσωτερικών επιχρισμάτων, αποκολλήσεις τοίχων πλήρωσης από το περιβάλλον πλαίσιο. Πτώση εξωτερικών επιχρισμάτων. Σχήμα 25,26. Πτώση εσωτερικών επιχρισμάτων, αποκολλήσεις τοίχων πλήρωσης από το περιβάλλον πλαίσιο. Τμηματική πτώση τοίχων πλήρωσης. 11

12 Σχήμα 27,28. Πτώση τοίχων πλήρωσης. Σχήμα 29, 30. Έντονες ρηγματώσεις σε λιθόκτιστη τοιχοποιία ισογείου. Τμηματική πτώση λιθόκτιστου τοίχου. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα αποτελέσματα σειράς παραμετρικών διερευνήσεων που εκτελέστηκαν χρησιμοποιώντας γραμμικούς δυναμικούς υπολογισμούς, προέκυψαν τα κάτωθι συμπεράσματα: 1. Οι περιμετρικοί λιθόκτιστοι τοίχοι πάχους 0.50m με 0.70m του ισογείου διαθέτουν αφενός μεγάλη μάζα συγκριτικά με την μάζα των ορόφων (με αναλογία 6/1), και αφετέρου προσδίδουν στο ισόγειο μεγάλη οριζόντια μεταφορική δυσκαμψία. Αντιθέτως, ο όροφος διαθέτει πολύ μικρότερη μάζα, ενώ το ξύλινο δομικό σύστημα του ορόφου συνιστά ένα ισχυρό πυκνό ξύλινο δικτύωμα που προσδίδει στον όροφο σημαντική οριζόντια μεταφορική δυσκαμψία. Η εντατική κατάσταση που αναπτύσσεται στην λιθοδομή του ισογείου είναι σχετικά χαμηλή και αυτό οφείλεται (α) στο μεγάλο πάχος της λιθοδομής (0.50 έως 0.70m), (β)στο γεγονός ότι ένα σημαντικό τμήμα των υπεράνω κατακόρυφων φορτίων παραλαμβάνεται από τον ξύλινο σκελετό του κτιρίου ανακουφίζοντας έτσι σημαντικά την λιθόκτιστη τοιχοποιία, (γ) στην μη ύπαρξη διαφορικών καθιζήσεων που οφείλεται στον τρόπο θεμελίωσης, των υπόψη κτιρίων με τη χρήση τρίστρωτης ξύλινης υποθεμελίωσης και δ)στην ύπαρξη μικρών σχετικά ανοιγμάτων στη λιθοδομή. 12

13 2. Κοινό χαρακτηριστικό γνώρισμα σε όλα τα προσομοιώματα που εξετάσθηκαν είναι η ανάδειξη πολλών τοπικών ιδιομορφών ταλάντωσης εκτός επιπέδου του ξύλινου δικτυώματος των περιμετρικών τοίχων των ορόφων. Στα τοιχοπληρωμένα τμήματα του ξύλινου δομικού συστήματος των ορόφων παρατηρήθηκε ανάπτυξη σημαντικών εφελκυστικών τάσεων που δικαιολογούν τις αστοχίες που εμφανίσθηκαν, όπως διαταράξεις, αποκολλήσεις και σε αρκετές περιπτώσεις πτώσεις των πλίνθων πλήρωσης. Η παρουσία της λαμαρίνας στις εξωτερικές όψεις των ορόφων, η οποία τοποθετείται για σκοπούς υγροπροστασίας, συνεισφέρει στη δημιουργία ενός ασθενούς κατακόρυφου διαφράγματος (περί οριζόντιου άξονα κάθετα στο επίπεδο του τοίχου) στον εκάστοτε περιμετρικό τοίχο και αυτό οδηγεί σε ορθολογικά μεγαλύτερη ελεγχόμενη απόκριση του συστήματος, με ταυτόχρονο περιορισμό των μετακινήσεων των ορόφων. 3. Παρά τη μεγάλη διάρκεια της ισχυρής κίνησης του σεισμού της 14 ης Αυγούστου 2003, καθώς και τις υψηλές τιμές εδαφικής επιτάχυνσης που καταγράφηκαν (0.42g), τα εν λόγω παραδοσιακά κτίρια με το διπλό δομικό σύστημα επέδειξαν ικανοποιητική σεισμική συμπεριφορά. 4. Οι βλάβες που παρατηρήθηκαν στα παραδοσιακά κτίρια μπορούν να ενταχθούν σε δύο κύριες κατηγορίες. Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται ρηγματώσεις και τμηματικές καταρρεύσεις του λιθόκτιστου ισογείου, ενώ στη δεύτερη κατηγορία εντάσσονται διατμητικές αστοχίες και πτώσεις έξω από το επίπεδο του τοίχου στους ανώτερους ορόφους. Κατά το σεισμό της 14 ης Αυγούστου του 2003, δεν διαπιστώθηκε ούτε μία βλάβη στο το πολυώροφο ξύλινο χωρικό δομικό σύστημα των παραδοσιακών αυτών κτιρίων. Επίσης ούτε η θεμελίωση των κτιρίων αυτών εμφάνισε βλάβες ή διαφορικές καθιζήσεις παρά τις ιδιαίτερα χαμηλές εδαφικές συνθήκες που κυριαρχούν στο ιστορικό κέντρο της πόλης της Λευκάδας, εξαιτίας των τριών στρώσεων ξύλινης υποθεμελίωσης. 5. Οι παρατηρούμενες βλάβες στις τοιχοποιίες πλήρωσης των υπεράνω του ισογείου ορόφων βρίσκονται συστηματικά συγκεντρωμένες γύρω στο μέσον του ύψους των ορόφων και συχνά ακολουθούνται από καταρρεύσεις εκτός επιπέδου των τοίχων και αυτό οφείλεται σε ταλαντώσεις των τοίχων κατά οριζόντιο άξονα κάθετο στο επίπεδο των τοίχων (εκτός επιπέδου ταλαντώσεις). Άλλωστε, στα σημεία αυτά παρατηρείται και υψηλή συγκέντρωση τάσεων. 6. Από τη σύγκριση των αριθμητικών αποτελεσμάτων για τον υπολογισμό των τάσεων με το μοντέλο αστοχίας του Von Misses που υιοθετήθηκε καταλήγουμε στα ακόλουθα: Είναι αναμενόμενη τόσο η εμφάνιση ρηγματώσεων στις λιθόκτιστες τοιχοποιίες του ισογείου όσο και η σύνθλιψη των τοιχοποιίων πλήρωσης του ξύλινου σκελετού ή η διατμητική αστοχία στη διεπιφάνεια των τοιχοποιιών πλήρωσης και του ξύλινου σκελετού. 7. Το λιθόκτιστο χωρικό σύστημα του ισογείου, αν εξετασθεί μόνο του, έχει θεμελιώδη ιδιοπερίοδο γύρω στο 0.02sec, ενώ το ξύλινο πολυώροφο χωρικό σύστημα, αν εξετασθεί μόνο του, έχει θεμελιώδη ιδιοπερίοδο γύρω στα 0.20 με 0.25 sec, δηλαδή τα δύο συστήματα έχουν διαφορά στη θεμελιώδη ιδιοπερίοδο περίπου μια τάξη μεγέθους. Η σύζευξη δύο τέτοιων δομικών συστημάτων αποτελεί μια πολύ έξυπνη επινόηση των τεχνιτών της Λευκάδας, που πιθανότατα να προέκυψε τυχαία πλην όμως είναι αποτελεσματική, καθότι αποφεύγεται ο συντονισμός των δύο χωρικών δομικών συστημάτων με αποτέλεσμα όταν το ένα δομικό σύστημα πάθει εκτεταμένες βλάβες 13

14 λόγω συντονισμού με τη σεισμική διέγερση, να υπάρχει πάντοτε ένα δεύτερο δομικό σύστημα που να μην συντονίζεται ιδιαίτερα και να δύναται να φέρει με ασφάλεια τόσο τα φορτία βαρύτητας όσο και τα σεισμικά φορτία του συνόλου. Η Λευκαδίτικη αυτή επινόηση αποδείχθηκε πραγματικά άκρως αποτελεσματική κατά τα τελευταία διακόσια χρόνια, όπου εκδηλώθηκαν πολλοί ισχυροί σεισμοί και τα κτίρια αυτά δεν κατέρρευσαν παρά τις εγγενείς φτωχές (συγκριτικά με τα νεώτερα υλικά δόμησης όπως είναι ο χάλυβας, το σιδηροπαγές σκυρόδεμα, το αλουμίνιο) δυνατότητες που διαθέτουν. Με άλλα λόγια, οι τεχνίτες/κάτοικοι του νησιού φαίνεται ότι επέδειξαν κατά το παρελθόν υψηλότατο αίσθημα ευθύνης κατά την κατασκευή των κτιρίων και οδηγήθηκαν στην εφεύρεση των κτιρίων με δύο δομικά συστήματα, συνεργαζόμενα μεταξύ των κατά τρόπο ώστε να μειονεκτήματα του πρώτου να καλύπτονται από τα πλεονεκτήματα του δευτέρου και τανάπαλιν. 8. Τέλος, η ανάλυση της σεισμικής λειτουργίας των παραδοσιακών αυτών κτιρίων της Λευκάδας που διαθέτουν διπλό δομικό σύστημα επιτρέπει τη συστηματική χρήση νεώτερων υλικών δόμησης, περισσότερο αξιόπιστων, βιομηχανικής παραγωγής, με πραγματικά υψηλές (σε σχέση με το παρελθόν) προδιαγραφές, ώστε να δύναται να αντικατασταθεί ο ξύλινος σκελετός από μεταλλικές ράβδους (χάλυβα ή αλουμίνιο), να δύναται να χρησιμοποιηθούν τα συνθετικά τούβλα για τοίχους πλήρωσης και η χρήση νευρομετάλλ που αφενός εξασφαλίζει υγροπροστασία και αφετέρου επιτρέπει την τοποθέτηση εξωτερικού επιχρίσματος. Επιμέρους εφαρμογή των παραπάνω μπορεί να γίνει για την επισκευή & ενίσχυση των διατηρητέων λιθόκτιστων πολυώροφων κτισμάτων σ ολόκληρη την Ελλάδα, χωρίς αλλοίωση των εξωτερικών όψεων, με τοποθέτηση μεταλλικού χωρικού δομικού συστήματος εσωτερικά των κτιρίων, κατά τρόπο ώστε να συνενώνεται άρρηκτα με τις λιθόκτιστες περιμετρικές τοιχοποιίες στις στάθμες των διαφραγμάτων κάθε ορόφου (με εσωτερικό μεταλλικό διάζωμα εγκιβωτισμένο μέσα στη μάζα των τοίχων). Η σύνταξη σχετικών προδιαγραφών για την κατασκευή τέτοιων κτισμάτων, σύμφωνα με τους κανόνες της Επιστήμης & της Τέχνης, αρχίζει να αποτελεί αναγκαιότητα, όχι μόνο για τη Λευκάδα αλλά και γενικότερα σ ολόκληρη την Ελλάδα. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Karakostas V.G., Papadimitriou E.E., Papazachos B.C., (2004), Properties of the 2003 Lefkada, Ionian Islands, Greece, Earthquake Seismic Sequence and Seismicity Triggering, Bulletin of the Seismological Society of America, 94 (5). Karakostas C., Lekidis V., Makarios T., Salonikios T., Sous I. and Demosthenous M., (2005), Seismic response of structures and infrastructure facilities during the Lefkada, Greece Earthquake of 14/8/2003, Journal Engineering Structures, 27, 2, January 2005, pp Μακάριος Τ. και Δημοσθένους Μ., (2004), Σεισμική συμπεριφορά παραδοσιακών κτιρίων της Λευκάδας, Πρακτικά 2 ου Εθνικού Συνεδρίου «Ήπιες επεμβάσεις για την προστασία ιστορικών κατασκευών», τόμος 2 ος, Οκτώβριος 2004, Θεσσαλονίκη, σελ Makarios T. and Demosthenous M., (2006), Seismic Response of Traditional Buildings of Lefkas Island, Greece, Engineering Structures Journal, v.28, 2, January, pp

15 Margaris B., Papaioannou C., Theodulidis N., Savvaidis A., Anastasiadis A., Klimis N., Makra K., Demosthenous M., Karakostas C., Lekidis V., Makarios T., Salonikios T., Sous S., Carydis P., Lekkas E., Lozios S., Skourtsos E. and Danamos G., (2003), Preliminary Observations on the August 14, 2003 Lefkada Island (Western Greece) Earthquake, EERI Special Earthquake Report, November, (Joint report by Institute of Engineering Seismology and Earthquake Engineering, National Technical University of Athens & University of Athens) pp Παπαδάτου-Γιαννοπούλου Χ., (1999), ΛΕΥΚΑΔΑ Ερευνώντας, Αχαϊκές Εκδόσεις, ISBN , Πάτρα Τουλιάτος, Π., (1992), Ο σχεδιασμός της αντισεισμικής ξύλινης κατασκευής χθες και σήμερα, Πρακτ. 1 ου Ελληνικού Συνεδρίου Αντισεισμικής Μηχανικής και Τεχνικής Σεισμολογίας, τόμος Β, σελ , Αθήνα Τουλιάτος Π. και Βιντζηλαίου Ε., (2006), Σεισμική συμπεριφορά του δομικού συστήματος στον ιστορικό οικισμό της πόλης της Λευκάδας, Πρακτ. 15 ου Ελληνικού Συνεδρίου Σκυροδέματος, τόμ. Β, Οκτωβρίου, Αλεξανδρούπολη, σελ Touliatos P., (2000), Seismic Disaster Prevention in the History of Structures in Greece, Proceedings COST ACTION E5, Τimber frame building systems Seismic behaviour of timber buildings Timber construction in the new millennium, Venice Vintzileou E., Zagkotsis A., Repapis C. and Zeris Ch., (2007), Seismic behaviour of the historical structural system of the island oflefkada, Greece, Journal of Construction & Building Materials, v.21, pp