Τάκης ΓΕΩΡΓΑΡΑΚΟΣ 1, Βασίλης ΔΡΟΣΟΣ 2, Ιωάννης ΑΝΑΣΤΑΣΟΠΟΥΛΟΣ 3, και Γιώργος ΓΚΑΖΕΤΑΣ 4

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1996 Πειραματικός Έλεγχος Σεισμικής Συμπεριφοράς Τοίχων Ωπλισμένης Γης στην Νέα Δονητική Τράπεζα του Εργαστηρίυ Εδαφομηχανικής ΕΜΠ Experimental Verification of the Seismic Response of Reinforced Soil Walls in the New Shaking Table of the NTUA Soil Mechanics Laboratory Τάκης ΓΕΩΡΓΑΡΑΚΟΣ 1, Βασίλης ΔΡΟΣΟΣ 2, Ιωάννης ΑΝΑΣΤΑΣΟΠΟΥΛΟΣ 3, και Γιώργος ΓΚΑΖΕΤΑΣ 4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η πειραματική διερεύνηση της σεισμικής συμπεριφοράς τοίχων ωπλισμένης γης. Υπολογίστηκαν και σχεδιάστηκαν δύο τοίχοι ένας σχετικώς εύκαμπτος και ένας σχετικώς δύσκαμπτος. Ακολούθως, έγινε αναγωγή των παραμέτρων του προβλήματος στην πειραματική κλίμακα, και κατασκευτάστηκε το εργαστηριακό ομοίωμα. Το ομοίωμα υποβλήθηκε προοδευτικά σε σειρά σεισμικών διεγέρσεων αυξανόμενης έντασης, και καταγράφηκε η απόκριση του συστήματος σε όρους επιταχύνσεων του εδάφους και μετακινήσεων των δύο τοίχων. Κατεγράφησαν οι παραμορφώσεις και οι μηχανισμοί αστοχίας των δύο τοίχων αντιστηρίξεως, οι οποίοι μετακινήθηκαν σχεδόν ως ενιαία εύκαμπτα σώματα. Οι μετατοπίσεις των δύο τοίχων υποβαλλομένων σε καταγραφές από τους πλέον καταστροφικούς σεισμούς της Ελλάδας ήταν περιορισμένες. Μόνον διεγέρσεις με παλμούς επηρεασμένους από φαινόμενα κατευθυντικότητας (π.χ Rinaldi) ή μεγάλο αριθμό κύκλων (ημιτονική διέγερση 30 κύκλων και a max = 1 g) ήταν ικανές να αυξήσoυν σημαντικά τις μετατοπίσεις των δύο τοίχων, οι οποίοι επέδειξαν αξιοσημείωτη πλαστιμότητα. ABSTRACT : This scope of this paper is the experimental investigation of the seismic behavior of reinforced soil walls. Two reinforced soil walls were considered, a flexible and a stiffer. To prepare the experimental model, all prototype parameters were scaled down using published scaling laws. A series of increasing magnitude earthquake excitations was applied to the model and the response was recorded in terms of acceleration time histories within the soil, and displacement of the two walls. Subjected to earthquake records from the most destructive earthquakes in Greece, the walls developed negligible permanent displacements. The permanent displacements became substantially larger with excitations characterized by directivity pulses (eg. Rinaldi record), or by a large number of consecutive strong cycles (eg. 30-cycles of sinusoidal excitation at 1 g). Even in the latter case, the reinforced soil walls exhibited a remarkably ductile behavior, and total failure was reached only after a very strong excitation shake-down procedure. 1 Υπ. Διδάκτωρ Ερευνητής, Σχολή πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, takgeor@yahoo.gr 2 Μεταδιδάκτωρ Ερευνητής, Σχολή πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, vadrosos@gmail.com 3 Λέκτορας ΠΔ407/80, Σχολή πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, ianast@civil.ntua.gr 4 Καθηγητής, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, gazetas@ath.forthnet.gr

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κατά την διάρκεια των τελευταίων ετών η χρήση τοίχων αντιστήριξης από οπλισμένη γη έχει αυξηθεί σημαντικά παγκοσμίως. Στην αύξηση αυτή συμβάλλουν αναμφίβολα αρκετά πλεονεκτήματα των τοίχων αυτής της μορφής έναντι των συμβατικών, όπως : (α) η χρήση απλών και γρήγορων κατασκευαστικών μεθόδων χωρίς ιδιαίτερα εργοταξιακά μέσα, (β) η μήαπαίτηση εξειδικευμένου προσωπικού, (γ) η κατάληψη λιγότερου χώρου κατάντη της κατασκευής, (δ) η ανοχή στις παραμορφώσεις, η οποία οδηγεί σε αποφυγή κατασκευής ειδικής άκαμπτης θεμελίωσης, (ε) η οικονομικότητά τους, και (στ) η δυνατότητα αντιστήριξης πρανών ύψους ακόμα και άνω των 25 m. Η σεισμική απόκριση των τοίχων αντιστήριξης από ωπλισμένη γη έχει στην πράξη αποδειχθεί άκρως ικανοποιητική. Σε ισχυρούς σεισμούς, όπως αυτοί της Loma Prieta (1989), του Northridge (1994), και του Kobe (1995), οι τοίχοι ωπλισμένης γης έμειναν σχεδόν ανέπαφοι και σε καμία περίπτωση δεν καταγράφηκε κατάρρευση [Kawasho & Hirose, 1995]. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, διερευνήθηκε πειραματικά η σεισμική απόκριση δύο τοίχων αντιστήριξης ωπλισμένης γης με σκοπό την επαλήθευση της παρατηρηθείσας αντοχής των τοίχων αυτών και την κατανόηση των μηχανισμών αστοχίας. Η πειραματική διερεύνηση πραγματοποιήθηκε στη νέα δονητική τράπεζα του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής του ΕΜΠ. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ Εξετάσθηκαν δύο τοίχοι ωπλισμένης γης ύψους 7.5 m (κλίμακα πρωτοτύπου), με 13 στάθμες οπλισμού (καθ ύψος) και μήκος οπλισμών ίσο με το 70 % του ύψους (Σχήμα 1). Για την πληρέστερη διερεύνηση του προβλήματος εκτελέστηκαν δύο πειράματα. Στο πρώτο εξετάσθηκε η απόκριση των τοίχων σε ένα ακραίο σεισμικό επεισόδιο, με στόχο την τελική κατάρρευση των τοίχων και την καταγραφή και κατανόηση του μηχανισμού αστοχίας. Στο δεύτερο, οι τοίχοι υπεβλήθησαν σε σειρά πραγματικών σεισμικών διεγέρσεων, ούτως ώστε να διερευνηθεί η απόκρισή τους σε πιο ρεαλιστικά σενάρια. Τα πειράματα διεξήχθησαν σε κλίμακα 1 : 20, η δε επιλογή υλικών και διαστάσεων έγινε με γνώμονα την τήρηση των κανόνων ομοιότητας [Gibson, 1997], έτσι ώστε η προσομοίωση να είναι αντιπροσωπευτική του φυσικού προτύπου. Πειραματικό Ομοίωμα Το ομοίωμα των τοίχων αντιστηρίξεως κατασκευάστηκε με χρήση φύλλων Plexiglas πάχους 2 mm για τον τοίχο επικάλυψης, και μεταλλικού πλέγματος για τους οπλισμούς. Χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι πλεγμάτων : ένα εύκαμπτο πλέγμα με ράβδους διαμέτρου 0.4 mm σε κάνναβο 12 x 12 mm, και ένα πιο δύσκαμπτο με ράβδους διαμέτρου 1 mm, και τον ίδιο κάνναβο. Προκειμένου να προσομοιωθεί με ρεαλισμό η κατασκευαστική ακολουθία και η σύνδεση των επιμέρους τεμαχών του τοίχου αντιστηρίξεως μεταξύ τους, ο τοίχος επικαλύψεως κατασκευάστηκε τμηματικά σε λωρίδες μήκους 90 cm και ύψους 3 cm η κάθε μία. Στην μέση

3 του ύψους της κάθε λωρίδας συνδέθηκε το πλέγμα του οπλισμού. Ο κάθε τοίχος αποτελείται από 14 τέτοιες λωρίδες, οι οποίες τοποθετήθηκαν σταδιακά κατά την διάρκεια της διάστρωσης του εδαφικού υλικού, προσομοιώνοντας ρεαλιστικά την πραγματική κατασκευαστική ακολουθία. Η σύνδεση των τεμαχών μεταξύ τους πραγματοποιείται με διατμητική κλείδα, με κατάλληλη δηλαδή διαμόρφωση ώστε να επιτρέπεται μεν η σχετική στροφή μεταξύ διαδοχικών τεμαχών, αλλά όχι και η οριζόντια σχετική μετατόπιση. Σχήμα 1. Γεωμετρία και ενοργάνωση του εργαστηριακού ομοιώματος, το οποίο κατασκευάστηκε σε κλίμακα 1 : 20. Οι διαστάσεις αναφέρονται στην κλίμακα του ομοιώματος, οι δε διαστάσεις εντός παρενθέσεων αναφέρονται στην κλίμακα πρωτοτύπου. Εδαφικό Υλικό Ως εδαφικό υλικό χρησιμοποιήθηκε φουρνισμένη χαλαζιακή άμμος Longstone (Μ34) της οποίας η καμπύλη κοκκομετρικής διαβάθμισης δείχνεται στο Σχήμα 2. Πρόκειται για ιδιαιτέρως ομοιόμορφη λεπτόκοκκη άμμο μέσης διαμέτρου κόκκου d 50 = 0.16 mm. Για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών της άμμου διεξήχθησαν δοκιμές στον Μετρητικό Τομέα του Εργαστηρίου, από τις οποίες υπολογίστηκε η γωνία εσωτερικής τριβής του υλικού στην κρίσιμη κατάσταση φ cs = 29.5 o. Προετοιμασία Δοκιμίου Όπως προαναφέρθηκε, κάθε δοκίμιο περιλαμβάνει δύο τοίχους αντιστηρίξεως (καθ όλα όμοιους με μόνη εξαίρεση την δυσκαμψία του οπλισμού), οι οποίοι τοποθετούνται εντός αμμο-κιβωτίου σε αρκετή απόσταση (107 cm) μεταξύ τους ώστε να περιοριστεί η αλληλεπίδραση κατά την διάρκεια του πειράματος. Η γενική διάταξη του δοκιμίου δείχνεται στο Σχήμα 1. Η τοποθέτηση του τοίχου και των οργάνων παρακολούθησης, και η διάστρωση της άμμου πραγματοποιούνται σε 38 στάδια.

4 Στο πρώτο στάδιο, διαστρώνεται το κατώτερο στρώμα της άμμου πάχους 7 cm (Σχήμα 3). Στο επίπεδο αυτό εδράζεται το πρώτο τέμαχος του κάθε τοίχου (Στάδιο 1-β). Στο δεύτερο στάδιο διαστρώνεται το επόμενο στρώμα εδαφικού υλικού πάχους 3 cm. Η διάστρωση πραγματοποιείται έτσι ώστε να προσομοιώνονται οι συνθήκες πεδίου. Στο πρώτο πείραμα επιδιώχθηκε η άμμος να είναι αρκετά χαλαρή, με σχετική πυκνότητα D r 45 %. Στο δεύτερο πείραμα, η σχετική πυκνότητα της άμμου ήταν αρκετά υψηλή : D r 80 %. Στο τρίτο στάδιο, προστίθεται η πρώτη σειρά οπλισμού καθώς και το επόμενο τέμαχος κάθε τοίχου. Τα βήματα 2 και 3 επαναλαμβάνονται έως ότου τοποθετηθούν όλα τα τεμάχη των τοίχων και διαστρωθεί καί η ανώτατη στρώση εδαφικού υλικού (Σχήμα 4). Στα πλαϊνά όρια του κιβωτίου, και ανά κάθε δύο στρώσεις οπλισμού τοποθετείται χρωματισμένη άμμος (μπλε), ώστε να είναι εφικτή η παρακολούθηση των παραμορφώσεων του εδάφους κατά την διάρκεια της σεισμικής φόρτισης. Φωτογραφίες του δοκιμίου έτοιμου για το πείραμα παρατίθενται στο Σχήμα 5. Σχήμα 2. Καμπύλη κοκκομετρικής διαβάθμισης της χαλαζιακής άμμου Longstone Μ34. Ενόργανη Παρακολούθηση Για την ενόργανη παρακολούθηση χρησιμοποιήθηκαν 4 μετακινησιόμετρα τύπου Space-Age Series-6, 2 επιταχυνσιόμετρα τύπου SEIKA B1, και δύο επιταχυνσιόμετρα τύπου DYTRAN 3165A και 3100 (Σχήμα 6). Όλα τα όργανα τοποθετήθηκαν έτσι ώστε να παραμένουν αμετακίνητα εντός του δοκιμίου, δίχως να διαταράσσουν τις ιδιότητές του. Τα δεδομένα όλων των οργάνων, καταγράφονται στο σύστημα συλλογής δεδομένων σε πραγματικό χρόνο. Επιπλέον της ενόργανης παρακολούθησης, οι διαφανείς πλευρές του αμμοκιβωτίου επιτρέπουν την παρακολούθηση των παραμορφώσεων του δοκιμίου. Για τον σκοπό αυτόν εγκαταστάθηκαν δύο κάμερες υψηλής ταχύτητας (συχνότητας λήψης 50 fps). Πριν από την εκτέλεση του πειράματος εκτελέστηκε κρουστική δοκιμή μέτρησης της ταχύτητας διατμητικού κύματος στο ομοίωμα.

5 Σχήμα 3. Στάδια κατασκευής του εργαστηριακού oμοιώματος : Στάδια 1 3 Σχήμα 4. Τελική διαμόρφωση εργαστηριακού ομοιώματος.

6 Σχήμα 5. Φωτογραφίες του εργαστηριακού ομοιώματος ολοκληρωμένου και τοποθετημένου επί της σεισμικής τράπεζας, ακριβώς πριν από το πείραμα.

7 (a) (b) Καλώδιο Αγκύριο Σώμα οργάνου Σχήμα 6. Χρησιμοποιηθέντα όργανα μέτρησης : (a) επιταχυνσιόμετρο SEIKA B1 (S-708), (b) επιταχυνσιόμετρο DYTRAN 3100 (D-403), και (c) μετακινησιόμετρο SPACE-AGE series 6 (WT-70) (c) Δυναμική Εξαίτηση Δοκιμίων Όπως προαναφέρθηκε, στα πλαίσια της παρούσας εργασίας διεξήχθησαν δύο πειράματα στη νέα δονητική τράπεζα του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής ΕΜΠ. Το πρώτο πείραμα είχε ως στόχο την διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης των τοίχων ωπλισμένης γης σε οριακές καταστάσεις, πολύ κοντά στην κατάρρευση, ώστε να καταδειχθεί ο μηχανισμός αστοχίας. Για τον λόγο αυτόν, στο δοκίμιο επεβλήθησαν 60 κύκλοι ημιτόνου με μέση μέγιστη επιτάχυνση στα πρώτα 2 sec ίση με 0.5 g, και με σταθερό πλάτος 0.9 g στην συνέχεια (Σχήμα 7). Σκοπός του δεύτερου πειράματος ήταν η διερεύνηση της συμπεριφοράς των τοίχων σε πιο ρεαλιστικά σενάρια σεισμικής φόρτισης. Έτσι, το δοκίμιο υποβλήθηκε σε μια σειρά επτά πραγματικών σεισμικών καταγραφών από τον Ελληνικό και τον Διεθνή χώρο (Αίγιο 1995, Λευκάδα 1973, Λευκάδα 2003, Καλαμάτα 1986, Σεπόλια 1999, JMA Kobe 1995, Rinaldi 1994). Προκειμένου να τηρηθούν οι κανόνες ομοιότητας, τα χαρακτηριστικά των επιβαλλόμενων κραδασμών πολλαπλασιάζονται με τους κατάλληλους συντελεστές ομοιότητας.

8 Σχήμα 7. Πρώτο πείραμα : επιβληθείσα χρονοϊστορία επιτάχυνσης. Αποτελέσματα 1 ου πειράματος ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ Η τελική εικόνα του εργαστηριακού ομοιώματος στο τέλος της επιβληθείσας σεισμικής διεγέρσεως παρουσιάζεται στο Σχήμα 8, συγκρίνεται δε με την αρχική απαραμόρφωτη κατάστασή του στο Σχήμα 9. Στιγμιότυπα του εργαστηριακού ομοιώματος κατά την διάρκεια του πειράματος δείχνονται στα Σχήματα 10 και 11. Παρατηρείται ότι οι τοίχοι αντιστηρίξεως μετακινήθηκαν, ενώ το αντιστηριζόμενο εδαφικό υλικό στο κέντρο υπέστη κυρίως καθίζηση λόγω δυναμικής συνίζησης. Ο αριστερός, πιο εύκαμπτος, τοίχος μετακινήθηκε ελαφρώς περισσότερο σε σχέση με τον δύσκαμπτο τοίχο. Στο τέλος της φόρτισης, πίσω από τους τοίχους έχει σχηματιστεί τριγωνικό πρίσμα ολισθήσεως, σε πλήρη συμφωνία με το θεωρητικώς αναμενόμενο. Είναι χαρακτηριστικό μάλιστα ότι ο τοίχος με τον οπλισμό και το περιβάλλον έδαφος μετακινούνται ως στερεό σώμα, κατά παρόμοιο δηλαδή τρόπο με την μετακίνηση ενός τοίχου βαρύτητας πάχους ίσου με το πάχος των οπλισμών. Οι καταγραφείσες επιταχύνσεις δείχνονται στα Σχήματα 12 και 13. Όσο το έδαφος είναι χαλαρό (t < 5 sec), παρατηρείται εξασθένηση της σεισμικής διέγερσης. Η επιτάχυνση στην επιφάνεια του εδάφους (επιταχυνσιόμετρα S-707 και S-708), αυξάνεται μεν στην αρχή (t = 1 έως 3 sec), αλλά στην συνέχεια περιορίζεται καθώς το έδαφος δεν είναι ικανό να παραλάβει μεγαλύτερη επιτάχυνση. Εντούτοις, με την πάροδο του χρόνου πραγματοποιείται δυναμική συνίζηση της αρχικώς χαλαρής άμμου, οπότε και η αντοχή του εδάφους αυξάνεται, με αποτέλεσμα η επιτάχυνση να ενισχύεται αισθητά προς το τέλος του πειράματος.

9 Σχήμα 8. Φωτογραφίες του εργαστηριακού ομοιώματος μετά το πέρας του πρώτου πειράματος.

10 Σχήμα 9. Φωτογραφική σύγκριση του εργαστηριακού ομοιώματος πριν και μετά το πέρας του πρώτου πειράματος. Οι καταγραφείσες μετακινήσεις του τοίχου στα 4 σημεία μέτρησης δείχνονται στο Σχήμα 14. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι μετακινήσεις του τοίχου έχουν πρακτικώς ολοκληρωθεί στα πρώτα 6 δευτερόλεπτα της φόρτισης. Περαιτέρω φόρτιση του δοκιμίου δεν προκαλεί ουσιαστική αύξηση των μετακινήσεων.

11 Σχήμα 10. Στιγμιότυπα του εργαστηριακού ομοιώματος κατά την διάρκεια του πρώτου πειράματος : t = 0 4 sec.

12 Σχήμα 11. Στιγμιότυπα του εργαστηριακού ομοιώματος κατά την διάρκεια του πρώτου πειράματος : t = 4 10 sec.

13 2 1 a (g) 0 (a) t (sec) 1 a (g) 0 (b) t (sec) Σχήμα 12. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες επιταχύνσεων : (a) D-108 [επιβληθείσα επιτάχυνση υποβάθρου], και (b) D-404 [ελεύθερο πεδίο, στο μέσον της εδαφικής στρώσης].

14 2 1 a (g) 0 (a) t (sec) 1 a (g) 0 (b) t (sec) Σχήμα 13. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες επιταχύνσεων : (a) S-707 [ελεύθερο πεδίο, κοντά στην επιφάνεια], και (b) S-708 [εύκαμπτος τοίχος, κοντά στην επιφάνεια].

15 10 t (sec) (a) -20 Δ (mm) WT-68 WT t (sec) (b) -20 Δ (mm) WT-71 WT-70 Σχήμα 14. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες μετατοπίσεων : (a) Δύσκαμπτος τοίχος, και (b) Εύκαμπτος τοίχος.

16 Αποτελέσματα 2 ου πειράματος Η πρώτη διέγερση στην οποία υποβλήθηκε το δοκίμιο κατά τη διάρκεια του δεύτερου πειράματος ήταν η καταγραφή από τον σεισμό του Αιγίου (1995). Στο Σχήμα 15 απεικονίζονται η επιβληθείσα χρονοϊστορία επιτάχυνσης στη βάση του δοκιμίου και η απόκριση στο μέσο του ύψους της εδαφικής στήλης, στο δε Σχήμα 16 παρουσιάζεται η απόκριση στην επιφάνεια του ελευθέρου πεδίου και στην επιφάνεια του εδάφους πίσω από τον τοίχο. Τα ελαστικά φάσματα των καταγραφών στην επιφάνεια του εδάφους παρουσιάζονται στο Σχήμα 17. Δεν σημειώνεται κάποια αξιόλογη διαφορά μεταξύ ελευθέρου και εγγύς πεδίου. Το ίδιο ισχύει και για τα φάσματα ενίσχυσης (Σχήμα 18). Εξάλλου, η τιμή της μέγιστης φασματικής ενίσχυσης είναι μόλις 1.5, γεγονός που υποδεικνύει την απουσία έντονης ενίσχυσης/απομείωσης. Οι χρονοϊστορίες των οριζόντιων μετακινήσεων για τους τοίχους Α (άκαμπτος) και Β (εύκαμπτος) απεικονίζονται στα Σχήματα 19 και 20, αντιστοίχως. Οι παραμένουσες μετακινήσεις είναι αμελητέες : 15 και 11 mm για τον τοίχο Α, και 0.2 και 4 mm για τον τοίχο Β. Η μέγιστη οριζόντια μετατόπιση αντιστοιχεί μόλις στο 0.2 % του ύψους. Η καταγραφή Rinaldi από τον σεισμό του Northridge (1994) αποτελεί μια από τις σημαντικότερες διεγέρσεις στην οποία υποβλήθηκε το δοκίμιο. Στο Σχήμα 21 απεικονίζονται η επιβληθείσα χρονοϊστορία επιτάχυνσης στη βάση του δοκιμίου και η απόκριση στο μέσο του ύψους της εδαφικής στήλης, ενώ το Σχήμα 22 παρουσιάζεται η απόκριση στην επιφάνεια του ελευθέρου πεδίου και στην επιφάνεια του εδάφους πίσω από τον τοίχο. Τα ελαστικά φάσματα των καταγραφών στην επιφάνεια του εδάφους παρουσιάζονται στο Σχήμα 23. Δεν σημειώνεται κάποια αξιόλογη διαφορά μεταξύ ελευθέρου και εγγύς πεδίου. Το ίδιο ισχύει και για τα φάσματα ενίσχυσης (Σχήμα 24). Οι χρονοϊστορίες των οριζόντιων μετακινήσεων για τους τοίχους Α (άκαμπτος) και Β (εύκαμπτος) απεικονίζονται στα Σχήματα 25 και 26, αντιστοίχως. Οι παραμένουσες μετακινήσεις είναι έντος των συνήθων ανεκτών ορίων : 11 και 27 mm για τον τοίχο Α, και 76 και 93 mm για τον τοίχο Β. Η μέγιστη οριζόντια μετατόπιση αντιστοιχεί στο 1.2 % του ύψους των τοίχων. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα κυριότερα πρώτα συμπεράσματα από την εργαστηριακή προσομοίωση τοίχων ωπλισμένης γης στην Νέα Δονητική Τράπεζα του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής του Ε.Μ.Π., συνδυαζόμενα με προγενέστερες πειραματικές και αριθμητικές μελέτες έχουν ως εξής : Ενας καλώς ωπλισμένος τοίχος με μεταλλικά πλέγματα μήκους οπλισμού L = 0.7Η και με απόσταση μεταξύ διαδοχικών πλεγμάτων s 0.50 m, συμπεριφέρεται άκρως ικανοποιητικά ακόμη και σε πολύ ισχυρή σεισμική διέγερση με ενεργό επιτάχυνση Α 0.8 g, μεγάλου αριθμού κύκλων.

17 (a) (b) Σχήμα 15. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες επιταχύνσεων διέγερση Αιγίου : (a) D-108 [επιβληθείσα επιτάχυνση υποβάθρου], και (b) D-404 [ελεύθερο πεδίο, στο μέσον της εδαφικής στρώσης].

18 (a) (b) Σχήμα 16. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες επιταχύνσεων διέγερση Αιγίου : (a) S-707 [ελεύθερο πεδίο, κοντά στην επιφάνεια], και (b) S-708 [εύκαμπτος τοίχος, κοντά στην επιφάνεια].

19 Σχήμα 17. Ελαστικά φάσματα απόκρισης διέγερση Αιγίου : (μπλε γραμμή) S-707 [ελεύθερο πεδίο, κοντά στην επιφάνεια], και (κόκκινη γραμμή) S-708 [εύκαμπτος τοίχος, κοντά στην επιφάνεια]. Σχήμα 18. Φάσματα δυναμικής ενίσχυσης διέγερση Αιγίου : (μπλέ γραμμή) S-707 [ελεύθερο πεδίο, κοντά στην επιφάνεια], και (κόκκινη γραμμή) S-708 [εύκαμπτος τοίχος, κοντά στην επιφάνεια].

20 Σχήμα 19. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες μετατοπίσεων δύσκαμπτου τοίχου στην κορυφή (μπλε) και στο μέσο του ύψους του (κόκκινο) Διέγερση Αιγίου. Σχήμα 20. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες μετατοπίσεων εύκαμπτου τοίχου στην κορυφή (μπλε) και στο μέσο του ύψους του (κόκκινο) Διέγερση Αιγίου.

21 (a) (b) Σχήμα 21. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες επιταχύνσεων διέγερση Rinaldi : (a) D-108 [επιβληθείσα επιτάχυνση υποβάθρου], και (b) D-404 [ελεύθερο πεδίο, στο μέσον της εδαφικής στρώσης].

22 (a) (b) Σχήμα 22. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες επιταχύνσεων διέγερση Rinaldi : (a) S-707 [ελεύθερο πεδίο, κοντά στην επιφάνεια], και (b) S-708 [εύκαμπτος τοίχος, κοντά στην επιφάνεια].

23 Top (free field) Top (backfill) PSA (g) T (sec) Σχήμα 23. Ελαστικά φάσματα απόκρισης διέγερση Rinaldi : (μπλε γραμμή) S-707 [ελεύθερο πεδίο, κοντά στην επιφάνεια], και (κόκκινη γραμμή) S-708 [εύκαμπτος τοίχος, κοντά στην επιφάνεια]. Σχήμα 24. Φάσματα δυναμικής ενίσχυσης διέγερση Rinaldi : (μπλέ γραμμή) S-707 [ελεύθερο πεδίο, κοντά στην επιφάνεια], και (κόκκινη γραμμή) S-708 [εύκαμπτος τοίχος, κοντά στην επιφάνεια].

24 Σχήμα 25. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες μετατοπίσεων δύσκαμπτου τοίχου στην κορυφή (μπλε) και στο μέσο του ύψους του (κόκκινο) Διέγερση Rinaldi Σχήμα 26. Καταγραφείσες χρονοϊστορίες μετατοπίσεων εύκαμπτου τοίχου στην κορυφή (μπλε) και στο μέσο του ύψους του (κόκκινο) Διέγερση Rinaldi.

25 Οι οριζόντιες μετακινήσεις ενός τέτοιου τοίχου είναι συνάρτηση της σχετικής πυκνότητας του αντιστηριζομένου υλικού, λαμβάνουν δε την τοπικώς μέγιστη τιμή τους στο μέσον περίπου του τοίχου. Από τις συγκρίσεις των πειραματικών αποτελεσμάτων με θεωρητικές αριθμητικές αναλύσεις συμπεραίνουμε ότι η ακριβής πρόβλεψη της σεισμικής απόκρισης δεν είναι εύκολη υπόθεση. Απαιτείται ορθή προσομοίωση όχι μόνον της μη-γραμμικής ανακυκλικής συμπεριφοράς του εδαφικού υλικού, αλλά και της συμπεριφοράς της διεπιφάνειας οπλισμών εδάφους. Συγκεφαλαιώνοντας, τα συμπεράσματα από τα πρώτα αυτά πειράματα είναι ιδιαιτέρως ενθαρρυντικά για την σεισμική απόκριση τοίχων αντιστήριξης από οπλισμένη γή : υπό ρεαλιστικές σεισμικές φορτίσεις οι τοίχοι αντιστήριξης ωπλισμένης γης συμπεριφέρονται άκρως ικανοποιητικά. Ακόμα και στην περίπτωση μιας δυσμενέστατης επιβληθείσας σεισμικής διέγερσης 60 κύκλοι ημιτόνου με μέγιστη επιτάχυνση 0.9 g και δεσπόζουσα περίοδο 0.5 sec (σε κλίμακα πρωτοτύπου) δεν παρατηρήθηκε οιαδήποτε δραματική αστοχία. Οι τοίχοι βέβαια υπέστησαν σημαντική οριζόντια μετατόπιση (έως 1.2 m), η δε καθίζηση του εδάφους έφτασε το 1.5 m περίπου (εν μέρει οφειλόμενη σε δυναμική συνίζηση της χαλαρής άμμου), χωρίς όμως να πλησιάσει κανένας από τους δύο τοίχους την κατάρρευση. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Το Νέο Έργαστήριο Πειραματικής Προσομοίωσης της Σεισμικής Συπεριφοράς Συστημάτων Εδάφους - Κατασκευής δημιουργήθηκε με χρηματοδότηση από το Ερευνητικό Πρόγραμμα "ΑΚΜΩΝ - Ανάπτυξη Δημόσιων Ερευνητικών Φορέων" το οποίο εντάσσεται στον Άξονα Προτεραιότητας 4 του ΕΠΑΝ "Τεχνολογική καινοτομία και έρευνα" και στο Μέτρο 4.2 "Θερμοκοιτίδες νέων επιχειρήσεων έντασης γνώσης επιστημονικών και τεχνολογικών πάρκων και ερευνητικών κέντρων με την συμμετοχή επιχειρήσεων". Το έργο συγχρηματοδοτείται στο πλαίσιο του Μέτρου 4.2. του Ε.Π. Ανταγωνιστικότητα Γ Κοινοτικό Πλαίσιο Στήριξης : (i) 70% της Δημόσιας Δαπάνης από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ε.Ε.) Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης (ΕΤΠΑ) ; (ii) 30% της Δημόσιας Δαπάνης από τo Ελληνικό Δημόσιο Υπουργείο Ανάπτυξης Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας. Οι συγγραφείς ευχαριστούν επίσης τον Δρ. Χ. Τσατσανύφο για την οικονομική υποστήριξη και ενθάρρυνσή, και τον Καθηγητή Ι. Βαρδουλάκη και τους Ερευνητές του Εργαστηρίου Γεωϋλικών του Ε.Μ.Π. κ.κ. Στέφανο Παπανικολόπουλο και Μανώλη Βεβεάκη για τις εύστοχες παρατηρήσεις τους και την καθοριστική συμβολή τους σε θέματα ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας. Επίσης ευχαριστούμε την Αν. Καθηγήτρια Β. Γεωργιάννου για τις έγκαιρες και έγκυρες δοκιμές απευθείας διάτμησης της χρησιμοποιηθείσης άμμου.

26 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ Ashmawy A. K. and Bourdeau P. L. (1995), Geosynthetic-Reinforced Soils under Repeated Loading - A Review and Comparative Design Study., Geosynthetics International, Vol. 2, No. 4, pp Bathurst R. J., Walters D., Vlachopoulos N., Burgess P., and Allen T.M. (2000), Full Scale Testing of Geosynthetic Reinforced Walls, ASCE Special Publication, Proceedings of GeoDenver 2000, Denver, Colorado, pp Bathurst R. J. and Walters D. (2000), Lessons Earned from Full Scale Testing of Geosynthetic Reinforced Soil Retaining Walls, Proceedings of GeoEng2000, Melbourne, Australia, pp Burke C., Ling H. I., and Liu H. (2004), Seismic Response Analysis of a Full-Scale Reinforced Soil Retaining Wall, 17 th ASCE Engineering Mechanics Conference, Newark, Delaware. Γερόλυμος Ν., Καρακίτσου Μ., Γκαζέτας Γ. (2008), Σεισμική συμπεριφορά τοίχων ωπλισμένης γής : Αριθμητική ανάλυση πειράματος φυγοκέντρισης, Πρακτικά 3 ου Πανελληνίου Συνεδρίου Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας, Αθήνα, 5 7 Νοεμβρίου, Άρθρο Gibson, A.D. (1997), Physical Scale Modeling of Geotechnical Structures at One-G, Report No. SML 97-01, California Institute of Technology, Pasadena, CA, pp Hirakawa D., Takaoka H., Tatsuoka F., and Uchimura T. (2004), Deformation characteristics of geosynthetic reinforced retaining wall loaded on the crest, Proceeding of the 3rd Asian Regional Conference on Geosynthetics (GeoAsia 2004), Seoul, pp Ishihama Y., Izawa J., and Kuwano J. (2004), Centrifuge tilting and shaking table tests on the RSW with different soils, Proceeding of the 3rd Asian Regional Conference on Geosynthetics (GeoAsia 2004), Seoul, pp Kobayashi K., Tabata H., and Boyd M. (1996), The Performance of Reinforced Earth Structures in the Vicinity of Kobe during the Great Hanshin Earthquake, Earth Reinforcement, Ochaia, Balkema Rotterdam, ISBN Koseki J., Kato N., Watanabe K., and Tateyama M. (2004), Evaluation of Seismic Displacement of Reinforced Walls, Proceeding of the 3rd Asian Regional Conference on Geosynthetics (GeoAsia 2004), Seoul, pp Koseki J., Munaf Y., Tatsuoka F., Tateyama M., Kojima K., and Sato T. (1998), Shaking and Tilt Table Tests of Geosynthetic-Reinforced Soil and Conventional-Type Retaining Walls, Geosynthetics International, Vol. 5, Nos. 1-2, pp Ling H. I., Liu H., Kaliakin V. N., and Leshchinsky D. (2004), Analyzing Dynamic Behavior of Geosynthetic-Reinforced Soil Retaining Walls, Journal of engineering Mechanics, ASCE, Vol. 130, Issue 8, pp Ling H.I., Mohri Y., Leshchinsky D., Burke C., Matsushima K., and Liu H. (2005), Large- Scale Shaking Table Tests on Modular-Block Reinforced Soil Retaining Wall, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 131, No. 4, pp Michalowski R. L. and Čermák J. (2003), Triaxial Compression of Sand Reinforced with Fibers, Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 192, No. 2, 2003, pp Nova-Roessig L. and Sitar N. (2006), Centrifuge Model Studies of the Seismic Response of Reinforced Soil Slopes, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 132, No. 3, pp NHI National Highway Institute (2001), Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes Desing and Construction Guidelines, NHI Course No , Publication No. FHWA-NHI Peter L., The Reinforced Earth Company, North Reading, and Brabant K. (2005), Increase use of MSE Abutments, Proceeding of the 22nd annual International Bridge Conference, Pittsburg, Pennsylvania, USA

27 Ramakrishnan K., Budhu M., and Britto A. (1998), "Laboratory Seismic Tests on Geotextile Wrap-Faced and Geotextile-Reinforced Segmental Retaining Walls", Geosynthetics International, Vol. 5, Nos. 1-2, pp Siddharthan R. V., Ganeshwara V., Kutter B. L., El-Desouky M., and Whitman R. V. (2004), Seismic Deformation of Bar Mat Mechanically Stabilized Earth Walls - Centrifuge Tests, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 130, No. 1, p Soga K. (1995), Kobe Earthquake, ISSMFE News, International Sociaety for Soil Mechanics and Foundation Engineering, Vol. 22, No. 2 Takahashi A., Takemura J., and Izawa J. (1999), Dynamic Behavior of Vertical Geogrid- Reinforced Soil during Earthquake, Proceedings of the International Symposium on Slope Stability Engineering, Matsuyama, Japan, Vol. 2, pp Zornberg J. G. and Arriaga F. (2003), Strain Distribution within Geosynthetic-Reinforced Slopes, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, ASCE, Vol. 129, No. 1, pp Zornberg J. G., Sitar N., and Mitchell J. K. (1998), Performance of Geosynthetic Reinforced Slopes at Failure, Journal of the Geotechnical Engineering Division, Vol.124, No. 8, pp