ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΚΡΗΠΙ ΟΤΟΙΧΩΝ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΗ ΚΑΜΠΥΛΩΝ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ» Μεταπτυχιακή ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΛΕΤΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ ΚΡΗΠΙ ΟΤΟΙΧΩΝ ΒΑΡΥΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΗ ΚΑΜΠΥΛΩΝ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ ΗΜΗΤΡΙΟΥ ΙΩΑΝΝΑ ιπλ. Πολ. Μηχ. Α.Π.Θ. Επιβλέπων : Κ. Πιτιλάκης Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2008

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ - ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΣΙΑΣΜΟΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ» Μεταπτυχιακή ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Για την µεταπτυχιακή φοιτήτρια του ΠΜΣ Α.Σ.Τ.Ε ιπλ. Πολ. Μηχ. ΑΠΘ. κα. ηµητρίου Ιωάννα Θέµα: Μελέτη σεισµικής απόκρισης κρηπιδότοιχων βαρύτητας και πρόταση καµπυλών τρωτότητας µε χρήση αριθµητικών µεθόδων 1. Να γίνει περιγραφή των στοιχείων του δικτύου λιµενικών εγκαταστάσεων και των επιµέρους συνιστωσών του. Να γίνει γενική περιγραφή του δικτύου και των επιµέρους συνιστωσών του µε βάση την τυπολογία τους. Να αναφερθούν οι κρίσιµες παράµετροι και οι κατηγορίες της τυπολογίας τους. 2. Να γίνει παρουσίαση των σεισµικών βλαβών λιµενικών εγκαταστάσεων και ειδικότερα κτηπιδότοιχων από παλαιότερους σεισµούς. Να αναφερθούν οι αιτίες και οι µορφές αστοχίας για όλες τις συνιστώσες του δικτύου των λιµενικών εγκαταστάσεων και οι επιπτώσεις αυτών. Να παρουσιαστούν οι υπάρχουσες µέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας λιµενικών εγκαταστάσεων και να γίνει περιγραφή της γενικής µεθοδολογίας. Να γίνει επισκόπηση µεθόδων αποτίµησης σεισµικής τρωτότητας ανά συνιστώσα λιµενικών εγκαταστάσεων. 3. Να γίνουν παραµετρικές δυναµικές αναλύσεις για την µελέτη της σεισµικής απόκρισης κρηπιδότοιχων βαρύτητας. Να γίνει παρουσίαση του προγράµµατος που χρησιµοποιείται στις αναλύσεις αναφέροντας όλα τα στάδια που ακολουθούνται. Να επιλεγεί το κατάλληλο προσοµοίωµα των αναλύσεων και τα δεδοµένα και να παρουσιαστεί η διαδικασία επιλογής τους. Να δοθεί πλήρες ενδεικτικό παράδειγµα δυναµικής ανάλυσης και να δοθούν υπό µορφή σχηµάτων και πινάκων τα αποτελέσµατα. 4. Να αναπτυχθούν καµπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους βαρύτητας µε βάση τις αναλύσεις και να προσδιοριστούν τα επίπεδα βλάβης. Να γίνει σύγκριση µε υπάρχουσες καµπύλες τρωτότητας. Ο επιβλέπων Καθηγητής Κ. Πιτιλάκης

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Από αυτή τη θέση σκόπιµο είναι να απευθυνθούν, για την συµβολή τους στην εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής εργασίας, θερµές ευχαριστίες στους : Στον επιβλέποντα Καθηγητή του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. κ. Κυριαζή Πιτιλάκη για την ανάθεση της εργασίας, την επιστηµονική του καθοδήγηση και τις ουσιαστικές παρατηρήσεις του στο επίπεδο διόρθωσης της εργασίας. Τον Λέκτορα του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. κ. Αναστάσιο Αναστασιάδη για την βοήθειά του στην απόκτηση των δεδοµένων και την καθοδήγησή του στο ξεκίνηµα της εργασίας αυτής. Τον υποψήφιο ρ. Σωτήρη Αργυρούδη για τις ουσιαστικές συµβουλές και διορθώσεις του στο στάδιο της ανάπτυξης των καµπυλών τρωτότητας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω ιδιαιτέρως την υποψήφια ρ. Καλλιόπη Κακδέρη για την καθοδήγησή της σε όλα τα στάδια εκπόνησης της εργασίας, τις ουσιαστικές παρατηρήσεις και συµβουλές της κατά τη σύνταξη της εργασίας και την ηθική υποστήριξη που µου παρείχε σε όλη τη διάρκεια της διαδικασίας. Η βοήθειά της υπήρξε πολύτιµη για την ολοκλήρωση της εργασίας µου.

4 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ABSTRACT I II ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: EΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑ ΙΚΤΥΩΝ ΚΑΙ ΥΠΟ ΟΜΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΙΚΤΥΑ ΚΟΙΝΗΣ ΩΦΕΛΕΙΑΣ Βασικές έννοιες Μέθοδοι σεισµικης αποτίµησης δικτύων Καµπύλες τρωτότητας ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΙΚΤΥΩΝ ΚΟΙΝΗΣ ΩΦΕΛΕΙΑΣ Επίπεδα βλάβης Κατάλογοι απογραφής δικτύων ΤΟ ΛΙΜΑΝΙ ΩΣ ΙΚΤΥΟ Γενική περιγραφή του δικτύου Περιγραφή των επιµέρους συνιστωσών Παράκτια λιµενικά έργα - Κρηπιδότοιχοι Εξοπλισµός φορτο-εκφόρτωσης - Γερανοί. 17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3: ΤΥΠΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΤΥΠΟΛΟΓΙΑΣ Παράκτια λιµενικά έργα Εξοπλισµός φορτο-εκφόρτωσης ΚΡΙΣΙΜΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΤΥΠΟΛΟΓΙΑΣ Παράκτια λιµενικά έργα - Κρηπιδότοιχοι Εξοπλισµός φορτο-εκφόρτωσης - Γερανοί. 31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4: ΑΣΤΟΧΙΕΣ ΑΠΟ ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟΥΣ ΣΕΙΣΜΟΥΣ ΑΙΤΙΕΣ - ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΒΛΑΒΩΝ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΟΥΣ ΣΕΙΣΜΟΥΣ ΜΟΡΦΕΣ ΚΑΙ ΑΙΤΙΕΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΛΙΜΕΝΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΚΑΙ 37

5 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ Παράκτια λιµενικά έργα (αποβάθρες-κρηπιδότοιχοι-προβλήτες) Εξοπλισµός φορτο-εκφόρτωσης ίκτυα κοινής ωφέλειας Μεταφορικά δίκτυα Κτιριακές εγκαταστάσεις 48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5: ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗΣ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΙΚΤΥΩΝ 5.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΥΠΑΡΧΟΥΣΩΝ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΩΝ ΓΕΝΙΚΗ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΛΙΜΕΝΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ Επισκόπηση µεθοδολογιών αποτίµησης σεισµικής διακινδύνευσης λιµενικών εγκαταστάσεων Επισκόπηση µεθόδων αποτίµησης σεισµικής τρωτότητας ανά συνιστώσα λιµενικών εγκαταστάσεων Παράκτια λιµενικά έργα(αποβάθρες-κρηπιδότοιχοι-προβλήτες) Εξοπλισµός φορτο-εκφόρτωσης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6: ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ PLAXIS ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ PLAXIS Σκοπός των αναλύσεων Θεωρητικό υπόβαθρο αναλύσεων PLAXIS ιακριτοποίηση εδαφικού µέσου Καταστατικοί νόµοι συµπεριφοράς εδάφους Γενικά περί επίπεδης προσοµοίωσης της κατασκευής Παρουσίαση σταδίων ανάλυσης µε το πρόγραµµα Plaxis Πρόγραµµα εισαγωγής δεδοµένων Input Program Πρόγραµµα υπολογισµού αρχικών συνθηκών Πρόγραµµα υπολογισµών Calculation Program Πρόγραµµα αποτελεσµάτων Output Program Πρόγραµµα καµπυλων Curves Program ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7: ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΚΑΙ Ε ΟΜΕΝΑ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΟΥ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΟΣ 108

6 7.3 ΕΠΙΛΟΓΗ ΙΑΣΤΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΥΛΙΚΩΝ ΚΡΗΠΙ ΟΤΟΙΧΩΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΥΝ ΥΑΣΜΩΝ Ε ΑΦΙΚΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΩΝ ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Όρια προφίλ Απόσβεση εδαφών ΣΥΝ ΥΑΣΜΟΙ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8: ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΥΝΑΜΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΛΗΡΕΣ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ Κατασκευή γεωµετρικού µοντέλου και εισαγωγή δεδοµένων Υπολογισµός αρχικών συνθηκών Πρόγραµµα υπολογισµών Εξαγωγή αποτελεσµάτων Εξαγωγή καµπυλών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 9: ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΜΠΥΛΩΝ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΚΑΜΠΥΛΩΝ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΚΡΗΠΙ ΟΤΟΙΧΩΝ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΩΝ ΕΠΙΠΕ ΩΝ ΒΛΑΒΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΤΩΝ ΚΑΜΠΥΛΩΝ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΥΠΑΡΧΟΥΣΕΣ ΚΑΜΠΥΛΕΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ. 206 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 10: ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ..

7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείµενο της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η µελέτη της σεισµικής απόκρισης κρηπιδότοιχων βαρύτητας και η ανάπτυξη καµπυλών τρωτότητας µε βάση αριθµητικές µεθόδους. Η ανάγκη για τη σύνθεση τέτοιων καµπύλων προκύπτει από το γεγονός ότι δεν υπάρχουν προτεινόµενες καµπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους για εδαφική ταλάντωση. Οι υπάρχουσες αντίστοιχες καµπύλες έχουν εµπειρικό χαρακτήρα, ενώ όσες βασίζονται σε αναλυτικές µεθόδους συνυπολογίζουν και την εκδήλωση φαινοµένων ρευστοποίησης. Η φιλοσοφία µε την οποία έγινε η διάρθρωση της συγκεκριµένης εργασίας στηρίζεται στην παροχή των δεδοµένων, των αναλύσεων για την σεισµική απόκριση των κρηπιδότοιχων και την παρουσίαση των αποτελεσµάτων και των προκυπτουσών καµπυλών τρωτότητας. Αρχικά, παρατίθενται κάποιες γενικές πληροφορίες για το δίκτυο των λιµενικών εγκαταστάσεων και ειδικότερα για τους κρηπιδότοιχους. Αναφέρονται οι κατηγορίες της τυπολογίας, οι κυριότερες βλάβες από παλαιότερους σεισµούς, οι αιτίες και οι µορφές αστοχίας κρηπιδότοιχων λόγω σεισµικής φόρτισης καθώς και οι επιπτώσεις αυτών. Στη συνέχεια, γίνεται επισκόπηση των µεθόδων αποτίµησης της σεισµικής απόκρισης δικτύων και συγκεκριµένα των λιµενικών εγκαταστάσεων. Επίσης, γίνεται παρουσίαση του προγράµµατος και των δεδοµένων που χρησιµοποιήθηκαν στις παραµετρικές αναλύσεις, και συγκεκριµένα τα εδαφικά προφίλ, οι εισαγόµενες σεισµικές κινήσεις, οι διαστάσεις των τοίχων και οι συνδυασµοί των αναλύσεων. Επιπλέον, γίνεται ενδεικτική παρουσίαση µίας τυπικής ανάλυσης. Τέλος, αναλύεται η διαδικασία σύνθεσης καµπυλών τρωτότητας, παρουσιάζονται οι προκύπτουσες αναλυτικές καµπύλες τρωτότητας και πραγµατοποιούνται συγκρίσεις των παραπάνω καµπυλών τρωτότητας µε αντίστοιχες υπάρχουσες. I

8 ABSTRACT The title of this dissertation is: The study of seismic behaviour off gravity quay walls and the development of vulnerability curves based on arithmetic methods. The lack of vulnerability curves in the literature for quay walls due to ground shaking was the motive of this research. Existing fragility curves are mostly based on empirical methods, while the ones based on analytical methods take also into account the occurrence of liquefaction phenomena. The structure of the dissertation is based on available data, performed analyses for the seismic behaviour of quay walls and presentation of the results and proposed vulnerability curves. Initially, some general information referring to the network of harbors and ports and more specifically to quay walls are presented. The typology categories are reported as well as damages from previous earthquakes, causes of damage and seismic effects on harbors and ports that have been observed till today. Then, the general methodology that has been applied for the estimation of seismic risk of lifelines and utilities, and particularly the harbor infrastructures, are presented. Furthermore, the program and the data used in the parametric analyses are presented, and particularly the ground profiles, the imported seismic motions, the dimensions of quay walls and the combinations of analyses. Moreover, a typical analysis is shown, with all the results that are given in tables and diagrams. Finally, the methodology and process for the development of vulnerability curves is presented and comparisons of the proposed analytical curves with the existing ones are made. II

9 Κεφάλαιο 1ο - Εισαγωγή Κεφάλαιο 1ο Εισαγωγή Οι λιµενικές εγκαταστάσεις είναι ένα δίκτυο κοινής ωφέλειας µε πολλές επιµέρους συνιστώσες. Στην παρούσα διπλωµατική εργασία ασχοληθήκαµε µόνο µε µια από αυτές, τα παράκτια λιµενικά έργα και ειδικότερα µε τους κρηπιδότοιχους βαρύτητας. Σκοπός της διατριβής είναι η µελέτη σεισµικής απόκρισης κρηπιδότοιχων και η ανάπτυξη καµπυλών τρωτότητας µε βάση αναλυτικές µεθόδους. Αρχικά έγιναν παραµετρικές δυναµικές αναλύσεις µε το πρόγραµµα PLAXIS για διάφορες σεισµικές δονήσεις, διάφορους εδαφικους σχηµατισµούς και διάφορους τοίχους. Από το σύνολο των αναλύσεων βγήκαν κάποια βασικά συµπεράσµατα για την απόκριση των τοίχων. Επιπλέον, αναπτύχθηκαν καµπύλες τρωτότητας για εδαφική ταλάντωση, για µικρές και µέτριες βλαβες. Έγινε σύγκριση των καµπυλών αυτών µε ήδη υπάρχουσες καµπύλες της βιβλιογραφίας, παρόλο που υπήρξαν διαφοροποιήσεις στις µεθόδους. Η διατριβή περιλαµβάνει έξι κεφάλαια. Η διάρθρωση που ακολουθήθηκε έχει ως εξής: ηµητρίου Ιωάννα 1

10 Κεφάλαιο 1ο - Εισαγωγή Στο εύτερο Κεφάλαιο γίνεται µια εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών και περιγράφεται το δίκτυο των λιµενικών εγκαταστάσεων και οι επιµέρους συνιστώσες του αναλυτικά. Στο Τρίτο Κεφάλαιο γίνεται γενική περιγραφή της τυπολογίας του δικτύου των λιµενικών εγκαταστάσεων και αναφέρονται οι βασικές κατηγορίες κατάταξης των παράκτιων λιµενικών έργων. Στο Τέταρτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται οι αστοχίες κρηπιδότοιχων από προηγούµενους σεισµούς. Αναφέρονται οι βασικότερες αιτίες και µορφές αστοχίας των λιµενικών εγκαταστάσεων και οι επιπτώσεις αυτών. Στο Πέµπτο Κεφάλαιο παρατίθενται οι µέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας δικτύων. Γίνεται παρουσίαση των υπαρχουσών µεθοδολογιών και ειδικότερα γίνεται επισκόπηση των µεθόδων αποτίµησης σεισµικής τρωτότητας ανά συνιστώσα λιµενικών εγκαταστάσεων. Στο Έκτο Κεφάλαιο γίνεται µια αναλυτική παρουσίαση του προγράµµατος που χρησιµοποιήθηκε για τις δυναµικές αναλύσεις (PLAXIS). Αναφέρονται όλα τα επιµέρους στάδια που χρειάζονται για να γίνει µια δυναµική ανάλυση και οι εναλλακτικές που προσφέρει το πρόγραµµα. Στο Έβδοµο Κεφάλαιο παρατίθενται τα δεδοµένα που επιλέχθηκαν για την πραγµατοποίηση των δυναµικών αναλύσεων µαζί µε πίνακες και σχήµατα και περιγράφεται η διαδικασία επιλογής κάποιων παραµέτρων µέσα από επιπλέον παραµετρικές αναλύσεις. Στο Όγδοο Κεφάλαιο παρουσιάζεται ενδεικτικά ένα πλήρες παράδειγµα ανάλυσης σε όλα τα στάδια µέχρι την εξαγωγή των αποτελεσµάτων. Τα τελικά αποτελέσµατα δίνονται µε κατάλληλους πίνακες και διαγράµµατα και αφορούν τάσεις, παραµορφώσεις, ωθήσεις, µετακινήσεις, ηµητρίου Ιωάννα 2

11 Κεφάλαιο 1ο - Εισαγωγή επιταχύνσεις, φάσµατα κτλ. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται τα αποτελέσµατα από όλες τις αναλύσεις, συνοπτικά, σε πίνακες. Στο Ένατο Κεφάλαιο γίνεται ο καθορισµός των επιπέδων βλάβης, η ανάπτυξη των καµπυλών τρωτότητας για κρηπιδότοιχους και σύγκριση µε υπάρχουσες καµπύλες τρωτότητας. Στο έκατο Κεφάλαιο δίνονται τα συγκεντρωτικά συµπεράσµατα της διπλωµατικής εργασίας και οι προοπτικές συνέχισής της. ηµητρίου Ιωάννα 3

12 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών Κεφάλαιο 2ο Εισαγωγή στην σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών 2.1 Εισαγωγή Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα δίκτυα κοινής ωφέλειας (lifelines) και στη σεισµική απόκριση αυτών. Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στο δίκτυο των λιµενικών εγκαταστάσεων και συγκεκριµένα στους κρηπιδότοιχους, η µελέτη σεισµικής απόκρισης των οποίων γίνεται σε επόµενα κεφάλαια. Το θεωρητικό υπόβαθρο του κεφαλαίου στηρίζεται κατά ένα ποσοστό στο ελληνικό ερευνητικό πρόγραµµα, που έχει αναπτυχθει τα τελευταία χρόνια, SRM-LIFE ( ): «Ανάπτυξη ολοκληρωµένης µεθοδολογίας εκτίµησης της σεισµικής τρωτότητας δικτύων κοινής ωφέλειας, υποδοµών, κτιρίων στρατηγικής σηµασίας για τη διαχείριση του σεισµικού κινδύνου σε πολεοδοµικά συγκροτήµατα. Εφαρµογή στο πολεοδοµικό συγκρότηµα Θεσσαλονίκης». ηµητρίου Ιωαννα 4

13 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών 2.2 ίκτυα κοινής ωφέλειας Ως δίκτυα ή αλλιώς γραµµές ζωής (lifelines) ορίζονται οι κοινωφελείς υπηρεσίες, κατασκευές και εξοπλισµοί που συνθέτουν τις υποδοµές µιας ευρύτερης περιοχής. Τα δίκτυα διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: - δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας και τηλεπικοινωνιών, - δίκτυα φυσικού αερίου και υγρών καυσίµων, - δίκτυα µεταφορών (οδικό, σιδηροδροµικό, θαλασσίων µεταφορών, αεροµεταφορών) - δίκτυα ύδρευσης και αποχέτευσης. Τα δίκτυα αποτελούνται από γραµµικά (π.χ οδοί, αγωγοί) και σηµειακά (π.χ δεξαµενές, υποσταθµοί, τερµατικοί σταθµοί) στοιχεία, ενώ εκτείνονται σε µεγάλη περιοχή. Ο κλάδος της σεισµικής µηχανικής δικτύων κοινής ωφέλειας (lifeline earthquake engineering), αποτελεί έναν νέο κλάδο της επιστήµης του πολιτικού µηχανικού, ο οποίος ασχολείται µε την εκτίµηση της σεισµικής επικινδυνότητας (seismic hazard) και της τρωτότητας (vulnerability), έχοντας ως στόχο την αποτίµηση (assessment) και διαχείριση (management) της σεισµικής διακινδύνευσης (seismic risk) των δικτύων. Η εκτεταµένη αστικοποίηση των τελευταίων δεκαετιών είχε ως αποτέλεσµα τα δίκτυα κοινής ωφέλειας να γίνουν ιδιαίτερα µεγάλα και σύνθετα, αποτελούµενα τόσο από παλαιές όσο και από πιο πρόσφατες κατασκευές, συχνά όµως χωρίς αντισεισµικό σχεδιασµό. Επιπλέον, η λειτουργία των δικτύων είναι σηµαντική τόσο πριν όσο και αµέσως µετά από ένα σεισµό, καθώς ο ρόλος τους είναι ζωτικής σηµασίας για τις επιχειρήσεις έρευνας, διάσωσης και υποστήριξης των πληγέντων περιοχών, αλλά και για την οικονοµική και κοινωνική ζωής της ηµητρίου Ιωαννα 5

14 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών περιοχής. Έτσι, η σεισµική µηχανική των δικτύων κοινής ωφέλειας αποτελεί επίκαιρο, αλλά και στρατηγικής σηµασίας κλάδο. Η εµπειρία από παλαιότερους καταστροφικούς σεισµούς απέδειξε την σηµαντικότητα των δικτύων αυτών, ενώ τα εµπειρικά δεδοµένα από τις ζηµιές των δικτύων και την γενικότερη συµπεριφορά τους κατά την διάρκεια και µετά τον σεισµό αποτελούν πηγή γνώσεως για την σεισµική µηχανική Βασικές έννοιες Ο σκοπός της αποτίµησης είναι να εκτιµηθεί ο βαθµός βλάβης που θα υποστεί µια συνιστώσα του δικτύου για ένα δεδοµένο επίπεδο σεισµικής έντασης. Η σεισµική διακινδύνευση εκφράζει τις πιθανές απώλειες που οφείλονται όχι µόνο στις άµεσες συνέπειες του σεισµού, όπως οι βλάβες των κατασκευών και οι θάνατοι ή τραυµατισµοί, αλλά και στις έµµεσες συνέπειες, όπως η διακοπή της οικονοµικής, κοινωνικής και πολιτιστικής δραστηριότητας στην πληγείσα περιοχή. Για τον υπολογισµό της σεισµικής διακινδύνευσης (Risk) χρειάζεται να εκτιµηθεί η σεισµική επικινδυνότητα (Hazard), η τρωτότητα (Vulnerability), καθώς και η σπουδαιότητα (Importance) του υπό µελέτη στοιχείου. Η γενικότερη µαθηµατική έκφραση της σεισµικής διακινδύνευσης είναι της µορφής: [Risk] = [Hazard] x [Vulnerability] x [Importance] H σεισµική επικινδυνότητα εκφράζει την πιθανότητα να συµβεί σεισµός συγκεκριµένης έντασης στην εξεταζόµενη περιοχή σε συγκεκριµένο χρονικό διάστηµα. ηµητρίου Ιωαννα 6

15 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών Η τρωτότητα ορίζεται ως ο βαθµός απωλειών ενός συγκεκριµένου στοιχείου εκτιθέµενου σε σεισµικό κίνδυνο, που προκύπτει για ένα δεδοµένο επίπεδο σεισµικής διέγερσης. Συνήθως εκφράζεται µέσω µιας καµπύλης τρωτότητας (fragility curve). Η σπουδαιότητα συνδέεται µε κατάλληλα λειτουργικά, κοινωνικά, οικονοµικά και άλλα κριτήρια Μέθοδοι σεισµικής αποτίµησης των δικτύων Οι µέθοδοι σεισµικής αποτίµησης των δικτύων ταξινοµούνται σε εµπειρικές και αναλυτικές. Οι εµπειρικές µέθοδοι εκτίµησης της τρωτότητας διακρίνονται σε εκείνες που βασίζονται στην ταξινόµηση, την ένταξη δηλαδή κάθε στοιχείου του δικτύου σε µια συγκεκριµένη κατηγορία τρωτότητας µε βάση κάποια κρίσιµα χαρακτηριστικά του και σε εκείνες που βασίζονται στην αξιολόγηση ή βαθµονόµηση της κατασκευής σε σχέση µε την σεισµική επάρκεια της. Στην τελευταία προσδιορίζεται ένας δείκτης τρωτότητας της κατασκευής µε βάση επιµέρους δείκτες (δείκτη δοµικής τρωτότητας, δείκτη σπουδαιότητας, δείκτη σεισµικής επικινδυνότητας και δείκτη κοινωνικοοικονοµικών παραγόντων). Οι εµπειρικές µέθοδοι βασίζονται στην παραδοχή ότι κατασκευές µε παρόµοια κατασκευαστικά χαρακτηριστικά µπορούν να ταξινοµηθούν στην ίδια κατηγορία, ενώ αναµένεται να παρουσιάσουν παρόµοιο επίπεδο βλαβών για µια δεδοµένη σεισµική φόρτιση. Η ταξινόµηση γίνεται µε βάση κάποια κρίσιµα χαρακτηριστικά όπως: Τύπο κατασκευής, υλικό κατασκευής, έτος κατασκευής, επιµέρους χαρακτηριστικά. Μέχρι σήµερα έχουν προταθεί πολυάριθµες αναλυτικές µέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας. Η τυπική διάρθρωση µιας τέτοιας µεθόδου περιλαµβάνει τα εξής βήµατα: ηµητρίου Ιωαννα 7

16 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών 1. Καθορισµός των παραµέτρων σεισµικής επικινδυνότητας, µε βάση τις οποίες θα καθοριστούν οι σεισµικές δράσεις (π.χ. φάσµατα δυνάµεων ή µετακινήσεων) 2. Κατάστρωση αναλυτικού προσοµοιώµατος (µοντέλου) της συγκεκριµένης κατασκευής ή του τύπου κατασκευής, για τον οποίο απαιτείται αποτίµηση της τρωτότητας 3. Ανάλυση του µοντέλου, χρησιµοποιώντας την προσφορότερη υπολογιστική διαδικασία και υπολογισµός µεγεθών απόκρισης (µετακινήσεις, δυνάµεις) 4. Μετεπεξεργασία των αποτελεσµάτων του βήµατος 3 ώστε να προσδιοριστούν κατάλληλες συναρτήσεις των µεγεθών απόκρισης που να µπορούν να εκφράσουν το βαθµό βλάβης σε κάθε στοιχείο ή τµήµα της κατασκευής 5. Συσχετισµός των δεικτών (ή συναρτήσεων) βλάβης του βήµατος 4 µε τις απώλειες (σε οικονοµικούς όρους) για κάθε στοιχείο ή τµήµα, καθώς και για το σύνολο της κατασκευής. Με µια τέτοια διαδικασία µπορεί να υπολογιστεί τελικά η «επιµέρους» σεισµική διακινδύνευση (specific risk), δηλ. η διακινδύνευση για το συγκεκριµένο στοιχείο που υπόκειται σε σεισµικό κίνδυνο, π.χ. για ένα συγκεκριµένο κτιριακό απόθεµα, από τη σχέση : SR = H V SL όπου: Η: η σεισµική επικινδυνότητα (π.χ. ετήσια πιθανότητα υπέρβασης µιας έντασης Ι) V: η τρωτότητα (βαθµός βλάβης που αντιστοιχεί στην ένταση Ι) SL: η διακινδυνευόµενη αξία του αποθέµατος σε οικονοµικούς όρους. Η συνολική διακινδύνευση R για την εξεταζόµενη περιοχή υπολογίζεται αθροίζοντας τις επιµέρους τιµές για κάθε στοιχείο που υπόκειται σε ηµητρίου Ιωαννα 8

17 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών σεισµικό κίνδυνο, ήτοι κατασκευές, πληθυσµό, οικονοµική δραστηριότητα, κλπ Καµπύλες τρωτότητας Οι καµπύλες τρωτότητας (fragility curves) περιγράφουν την πιθανότητα για δεδοµένη σεισµική ένταση, η βλάβη µιας κατασκευής να είναι ίση ή µεγαλύτερη από ένα συγκεκριµένο επίπεδο. Οι καµπύλες αυτές δίνουν µια σαφή απεικόνιση της σχέσης «σεισµική διέγερση και βλάβη» που αντιστοιχούν σε µια συνάρτηση κατανοµής (π.χ. λογαριθµική). Πιθανότητα Βλάβης 1.0 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Ρλ Ρκ ΠΛΗΡΗΣ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΗ- ΕΚΤΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ai Σεισµική διέγερση Σχήµα 2.1: Απεικόνιση της σχέσης «σεισµική διέγερση και βλάβη» Τα επίπεδα βλαβών (damage states) περιγράφουν το επίπεδο των ζηµιών µιας κατασκευής, για καθένα από τα οποία αναπτύσσεται µια ξεχωριστή καµπύλη τρωτότητας. Τα επίπεδα αυτά συνήθως είναι τέσσερα ή περισσότερα, δηλαδή ελαφριά (slight), µέτρια (moderate), εκτεταµένη (extensive) ή καθολική (complete) βλάβη. Άλλες φορές µπορεί να είναι τρία, δηλαδή καθόλου/ ελαφριά (no/minor), επιδιορθώσιµη (repairable) ηµητρίου Ιωαννα 9

18 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών ή σηµαντική (significant) βλάβη. Τα επίπεδα βλάβης συχνά εκφράζονται και σε όρους επιπέδου εξυπηρετικότητας της υπό µελέτη συνιστώσας. Η σεισµική ένταση µπορεί να εκφρασθεί µε διάφορους τρόπους, όπως µε την ένταση Μercalli, την µέγιστη εδαφική επιτάχυνση, την µέγιστη εδαφική ταχύτητα, την µόνιµη εδαφική µετακίνηση ή την φασµατική επιτάχυνση. Η επιλογή εξαρτάται από τα διαθέσιµα στοιχεία και τον τύπο της υπό µελέτη κατασκευής. Οι καµπύλες τρωτότητας µπορούν να προκύψουν από: - επεξεργασία στατιστικών στοιχείων από σεισµικές βλάβες που παρατηρήθηκαν σε προηγούµενους σεισµούς, - αναλυτικές µελέτες (π.χ δυναµικές αναλύσεις), - έµπειρη κρίση (expert judgment), - συνδυασµό των παραπάνω. 2.3 Σεισµική απόκριση δικτύων κοινής ωφέλειας Ένα δίκτυο κοινής ωφέλειας, όπως ειπώθηκε, αποτελείται από γραµµικές και σηµειακές συνιστώσες, οι οποίες ταξινοµούνται σύµφωνα µε κάποια χαρακτηριστικά σε ορισµένους τύπους. Επιπλέον, η σπουδαιότητα της κάθε συνιστώσας είναι διαφορετική για τη λειτουργία του δικτύου, πριν, κατά την διάρκεια και µετά τον σεισµό. Έτσι, το κάθε στοιχείο του δικτύου, ανάλογα µε την θέση του και τον ρόλο του στη λειτουργία του όλου συστήµατος ταξινοµείται ως λιγότερο ή περισσότερο σηµαντικό. Η ταξινόµηση αυτή γίνεται µε βάση κάποια χαρακτηριστικά (ποιοτικά ή ποσοτικά) της κάθε συνιστώσας, που δηλώνουν την σπουδαιότητά της για το δίκτυο. Στα πλαίσια µιας ολοκληρωµένης σεισµικής αποτίµησης του δικτύου, απαιτείται η ανάπτυξη συναρτήσεων βλαβών ή αλλιώς καµπυλών ηµητρίου Ιωαννα 10

19 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών τρωτότητας για τον κάθε τύπο της κάθε συνιστώσας. Ανάλογα µε την υπό µελέτη κατασκευή διαφοροποιείται και η σεισµική παράµετρος που θα χρησιµοποιηθεί για να εκφράσει την σεισµική ένταση. Έτσι, για συνιστώσες όπως οι σιδηροδροµικές γραµµές, οι κρηπιδότοιχοι, οι δρόµοι ή οι αεροδιάδροµοι είναι πιο επιρρεπείς στις αστοχίες του εδάφους, οπότε θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί η µόνιµη εδαφική µετακίνηση (PGD) ως παράµετρος σεισµικής έντασης για την ανάπτυξη καµπυλών τρωτότητας. Για κατασκευές όπως δεξαµενές ή υποσταθµοί ηλ. ενέργειας η κρίσιµη παράµετρος σεισµικής διέγερσης είναι η µέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA) Επίπεδα βλάβης Το επίπεδο βλάβης µπορεί να συσχετισθεί µε τον οικονοµικό δείκτη βλάβης, δηλαδή τον λόγο του απαιτούµενου κόστους αποκατάστασης προς το κόστος αντικατάστασης µιας κατασκευής. Μ αυτόν τον τρόπο θα προκύψουν καµπύλες τρωτότητας που θα συνδέουν µια παράµετρο της σεισµικής διέγερσης µε µια παράµετρο κόστους. Μία άλλη µέθοδος δηµιουργίας καµπυλών τρωτότητας είναι η εκτίµηση του αριθµού αναµενόµενων επισκευών ανά km, που εφαρµόζεται κυρίως στους αγωγούς. Στα δίκτυα κοινής ωφέλειας, τα επίπεδα βλαβών συχνά µεταφράζονται ως δυνατότητα παροχής υπηρεσιών, δηλαδή επίπεδο παροχής υπηρεσιών µιας συνιστώσας του δικτύου για δεδοµένο επίπεδο βλάβης. Σε ένα µεταγενέστερο στάδιο γίνεται ανάλυση της αναµενόµενης συµπεριφοράς και παροχής υπηρεσιών όλου του συστήµατος µε βάση την συµπεριφορά και τις αναµενόµενες βλάβες των επιµέρους στοιχείων του δικτύου, καθώς και την σηµαντικότητα τους στο δίκτυο. Θα πρέπει να σηµειωθεί πως τα δίκτυα κοινής ωφέλειας δεν είναι ανεξάρτητα µεταξύ τους, αλλά συχνά υπάρχει αλληλεπίδραση. Για παράδειγµα η λειτουργία του σιδηροδροµικού δικτύου εξαρτάται από την λειτουργία ηµητρίου Ιωαννα 11

20 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών του ηλεκτρικού, για την περίπτωση ηλεκτροκίνητων τρένων ή η λειτουργία του αεροδροµίου εξαρτάται και από την λειτουργία του οδικού δικτύου, για την πρόσβαση σ αυτό. Σε επόµενο στάδιο και εφόσον έχει εκτιµηθεί το αναµενόµενο επίπεδο βλαβών για κάθε συνιστώσα ενός δικτύου, γίνεται η αποτίµηση του επιπέδου λειτουργίας συν το χρόνω, δηλαδή κατά την αποκατάσταση των βλαβών. Για το λόγο αυτό απαιτείται να αναπτυχθούν κατάλληλες καµπύλες, οι οποίες ονοµάζονται καµπύλες αποκατάστασης (restoration curves) και συσχετίζουν τον χρόνο µε το επίπεδο λειτουργικότητας ενός στοιχείου, για κάθε επίπεδο βλάβης. Ο χρόνος αποκατάστασης και εποµένως η µορφή αυτών των καµπυλών, εξαρτάται από το τύπο του υπό µελέτη στοιχείου, το διαθέσιµο προσωπικό και εξοπλισµό για την αποκατάσταση των βλαβών, καθώς και την οργάνωση των αρµόδιων υπηρεσιών. Σηµειώνεται πως είναι απαραίτητη η συµβολή των φορέων διαχείρισης και λειτουργίας των δικτύων (λόγω εµπειρίας, γνώσεων και αρµοδιότητας) για την παραγωγή καµπυλών αποκατάστασης για κάθε στοιχείο εκτιθέµενο σε σεισµικό κίνδυνο. Τελικά, είναι δυνατό να εξαχθούν χρονικά εξαρτηµένα σενάρια αποκατάστασης µετά από έναν πιθανό σεισµό για κάθε δίκτυο λαµβάνοντας υπόψη το πλάνο οργάνωσης και τις δυνατότητες του κάθε οργανισµού. Έτσι, είναι εφικτό να προσδιοριστούν οι πιο κατάλληλες στρατηγικές, προς την κατεύθυνση της µείωσης του σεισµικού κινδύνου, αναπτύσσοντας κατάλληλη πολιτική προ-σεισµικού ελέγχου αλλά και σχεδίων οργάνωσης και δράσης µετά από έναν ισχυρό σεισµό. Με αυτόν το τρόπο αναπτύσσεται ένα χρήσιµο εργαλείο για τη µείωση της απαραίτητης περιόδου αποκατάστασης κατά τον µέγιστο δυνατό βαθµό, µε σκοπό να εξασφαλιστεί το βέλτιστο εφικτό επίπεδο λειτουργίας στις σχετιζόµενες λειτουργίες όλων των δικτύων. ηµητρίου Ιωαννα 12

21 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών Κατάλογοι απογραφής δικτύων Για την µελέτη σεισµικής διακινδύνευσης ενός δικτύου, ένα σηµαντικό εργαλείο είναι τα γεωγραφικά συστηµάτων πληροφοριών (GIS). Πρωταρχικοί στόχοι είναι η ανάπτυξη ενός καταλόγου απογραφής που θα περιλαµβάνει όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την ταξινόµηση και τον καθορισµό της τυπολογίας των συνιστωσών των δικτύων κοινής ωφέλειας, των υποδοµών και των κρισίµων υπηρεσιών, καθώς και η χαρτογράφηση σε ενιαίο περιβάλλον GIS όλων των δικτύων κοινής ωφέλειας, υποδοµών και στρατηγικών κτιρίων µιας περιοχής, που θα συνοδεύεται από έναν κατά το δυνατό ολοκληρωµένο κατάλογο απογραφής και περιγραφής των στοιχείων που συνθέτουν το κάθε δίκτυο. Ένα δίκτυο καταλαµβάνει αρκετή έκταση, οπότε είναι απαραίτητη η χωρική απεικόνιση τόσο των στοιχείων του δικτύου όσο και της σεισµικής επικινδυνότητας της εν λόγω περιοχής. Έτσι δηµιουργούνται χάρτες µε το υπό µελέτη δίκτυο, που περιλαµβάνουν και την αντίστοιχη βάση δεδοµένων. Επίσης δηµιουργούνται χάρτες που προκύπτουν από την µελέτη σεισµικής επικινδυνότητας και την επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών, που περιλαµβάνουν την χωρική κατανοµή της αναµενόµενης σεισµικής έντασης, εκφρασµένης σε όρους µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης, ταχύτητας ή φασµατικών τιµών. Στη συνέχεια και µε βάση την ταξινόµηση των συνιστωσών του δικτύου εφαρµόζεται η σχετική µεθοδολογία εκτίµησης τρωτότητας του κάθε στοιχείου, αλλά και όλου του δικτύου συνολικά. Τελικά, εντοπίζονται τα ευπαθή στοιχεία του συστήµατος και γίνονται αναλύσεις σχετικές µε το επίπεδο υπηρεσιών που θα παρέχει το δίκτυο αµέσως µετά τον σεισµό, αλλά και στην περίοδο αποκατάστασης του δικτύου. Σε γενικές γραµµές η αποτίµηση ενός δικτύου ακολουθεί τα εξής στάδια: - συλλογή πληροφοριών για το δίκτυο ηµητρίου Ιωαννα 13

22 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών - ψηφιοποίηση του δικτύου/ δηµιουργία βάσης δεδοµένων, - µελέτη σεισµικής επικινδυνότητας, - µελέτη επιρροής τοπικών εδαφικών συνθηκών (µικροζωνική µελέτη), - εφαρµογή του µοντέλου τρωτότητας, - εκτίµηση αναµενόµενων βλαβών, - ανάλυση της ολικής αξίας και ιεράρχηση της σπουδαιότητας των συνιστωσών του δικτύου µε βάση κατάλληλα κριτήρια, - ανάλυση του συστήµατος/εκτίµηση επιπέδου παρεχόµενων υπηρεσιών, - εκτίµηση της προόδου αποκατάστασης των βλαβών, - δηµιουργία σεναρίων και ανάπτυξη στρατηγικών και πολιτικής για την διαχείριση της κρίσης, µε βάση τον συνδυασµό των αναµενόµενων βλαβών και της σπουδαιότητας. Κατά την πορεία της απογραφής των καταλόγων µπορεί να παρουσιαστούν διάφορα προβλήµατα που συνοψίζονται ως εξής: - µεγάλη έκταση και πολυπλοκότητα των δικτύων, οπότε είναι αδύνατη η πλήρης αποτύπωση όλου του όγκου πληροφοριών, - έλλειψη στοιχείων εξαιτίας της παλαιότητας των δικτύων (π.χ. δίκτυο ύδρευσης), - απουσία αρχείων, όπως σχέδια και µελέτες, στις αρµόδιες υπηρεσίες, - λόγοι ασφαλείας και απορρήτου για ορισµένα δίκτυα (π.χ. τηλεπικοινωνίες). Οι παραπάνω δυσκολίες αντιµετωπίζονται κατά περίπτωση µε επιλογή των πλέον βασικών παραµέτρων, καθώς και µε επιτόπου αυτοψίες, ρεαλιστικές υποθέσεις και παραδοχές όπου είναι αυτό δυνατό, σε συνεργασία πάντα µε τους αρµόδιους φορείς. Σε ορισµένες περιπτώσεις δεν είναι εφικτή η άντληση όλων των βασικών παραµέτρων, κυρίως όταν δεν είναι δυνατή η επιτόπου αυτοψία, όπως για παράδειγµα στην περίπτωση θαµµένων αγωγών για τους οποίους λόγω παλαιότητας δεν υπάρχουν διαθέσιµα στοιχεία. ηµητρίου Ιωαννα 14

23 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών Στην παρούσα διπλωµατική εργασία θα παρουσιαστεί µόνο το δίκτυο των λιµενικών εγκαταστάσεων. Θα γίνει γενική αναφορά στο δίκτυο και στις επιµέρους συνιστώσες αυτού, δίνοντας έµφαση στους κρηπιδότοιχους, για τους οποίους έγινε η µελέτη σεισµικής απόκρισης. 2.4 Το λιµάνι ως δίκτυο Γενική περιγραφή δικτύου Οι λιµενικές εγκαταστάσεις µπορούν να θεωρηθούν ως τµήµα του δικτύου µεταφορών µιας χώρας, παράλληλα όµως διαδραµατίζουν σηµαντικό ρόλο στην οικονοµική και πολιτιστική της ανάπτυξη. Ειδικότερα σε µια χώρα όπως η Ελλάδα, µε µια πληθώρα τέτοιου είδους εγκαταστάσεων, αυτές θεωρούνται ιδιαίτερα σηµαντικές. Σχήµα 2.2 Ο λιµένας Θεσσαλονίκης Ως λιµένες ορίζονται τα δίκτυα ή αλλιώς γραµµές ζωής (lifeline systems) που έχουν ως βασική τους λειτουργία την µεταφορά ανθρώπων και εµπορευµάτων δια θαλάσσης. Οι λιµένες περιλαµβάνουν ποικίλες εγκαταστάσεις και υποδοµές συνυφασµένες µε την κίνηση των επιβατών, ηµητρίου Ιωαννα 15

24 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών τον χειρισµό και την αποθήκευση των εµπορευµάτων, την σιδηροδροµική και οδική µεταφορά επιβατών και φορτίων, τις τηλεπικοινωνίες και λοιπά δίκτυα κοινής ωφέλειας, την διαχείριση, πλοήγηση, συντήρηση, διοίκηση, καθώς και άλλες λειτουργίες υποστήριξης (Werner, 1995). Οι επιµέρους συνιστώσες των λιµενικών εγκαταστάσεων απεικονίζονται στο σχήµα 2.3. ΛΙΜΑΝΙ Παράκτια Λιµενικά Έργα - Αποβάθρες - Κρηπιδότοιχοι - Προβλήτες Εξοπλισµός Φορτοεκφόρτωσης ίκτυα Κοινής Ωφελείας - Ηλεκτρικής Ενέργειας - Τηλεπικοινωνιών - Ύδρευσης - Αποχέτευσης - Φυσικού Αερίου - Καύσιµα Μεταφορικά ίκτυα - Οδικό δίκτυο - Σιδηροδροµικό δίκτυο Κτιριακές Εγκαταστάσεις - Επιβατικοί/ Τερµατικοί Σταθµοί - Κτίρια Ελέγχου Κίνησης Πλοίων - Κτίρια Ελέγχου/ ιοίκησης - Κτίρια Συντήρησης - Αποθήκες/Υπόστεγα - Λοιπά Σχήµα 2.3: Συνιστώσες των λιµενικών εγκαταστάσεων Περιγραφή των επιµέρους συνιστώσεων Παράκτια Λιµενικά Έργα Κρηπιδότοιχοι Ο βασικός ρόλος των παράκτιων λιµενικών έργων είναι η διαµόρφωση συνθηκών ασφαλούς σταθµεύσεως και φορτοεκφόρτωσης πλοίων. Τα στοιχεία των λιµενικών έργων και των έργων προστασίας και διευθετήσεως των ακτών χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες, τα εγκάρσια και τα παράλληλα έργα (Κουτίτας, 1994). Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται οι βραχίονες, οι µώλοι, οι γέφυρες και οι υποβρύχιοι αγωγοί ενώ τα παράλληλα τεχνικά έργα αποτελούν οι κυµατοθραύστες και οι τοίχοι (κρηπιδότοιχοι και τοίχοι προστασίας ακτών). ηµητρίου Ιωαννα 16

25 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών Οι κρηπιδότοιχοι είναι κατασκευές παράλληλες στην ακτή που επιτρέπουν την πλαγιοδέτηση ή πρυµνοδέτηση και φορτοεκφόρτωση πλοίων, καθώς δηµιουργούν κατακόρυφα µέτωπα που εκτείνονται σε βάθος επαρκές για την προσέγγιση πλοίων. Οι διαφορετικοί τύποι κρηπιδότοιχων διακρίνονται ανάλογα µε την γεωµετρία τους, το είδος της διατοµής τους, το υλικό κατασκευής τους, τον τύπο θεµελίωσής τους, την ύπαρξη και το είδος των αγκυρώσεων κτλ (PIANC, 2001). Ένας κατάλογος απογραφής µπορεί να περιλαµβάνει τα εξής στοιχεία: - Ονοµασία - Αριθµός αποβάθρας - Λειτουργικό βύθισµα µέγιστο βύθισµα πλοίου που επιτρέπεται να προσαράξει σε m - Αριθµός προβλήτας - Έτος κατασκευής - Είδος διατιθέµενου εξοπλισµού (δέστρες, προσκρούστη κτλ) - Υλικό κατασκευής - Είδος (βαρύτητας διατοµής block, βαρύτητας διατοµής caissonκιβωτίου) - Είδος θεµελίωσης (επιφανειακή θεµελίωση, πασσαλοθεµελίωση) - Συντήρηση (συστηµατική ή όχι συστηµατική) - Βλάβες από προηγούµενους σεισµούς - Μήκος σε m Εξοπλισµός Φορτοεκφόρτωσης Γερανοί Οι γερανοί και γενικότερα ο εξοπλισµός και τα διάφορα συστήµατα χειρισµού φορτίου, µπορούν να θεωρηθούν ως στοιχεία εξοπλισµού µεγάλων διαστάσεων, τα οποία και χρησιµοποιούνται µε σκοπό την φόρτωση και εκφόρτωση του µεταφερόµενου φορτίου από και προς τα σκάφη, καθώς και στα διάφορα µέσα που χρησιµοποιούνται για την µεταφορά αυτών, την προσωρινή απόθεση ή και αποθήκευσή τους. Τα ηµητρίου Ιωαννα 17

26 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών συστήµατα και ο εξοπλισµός χειρισµού και αποθήκευσης φορτίου που συναντώνται γενικότερα στους λιµένες, µπορεί να είναι (Werner, 1998) : - γερανοί, - δεξαµενές και - διάφορα άλλα συστήµατα χειρισµού και αποθήκευσης φορτίου. Οι γερανοί ειδικότερα, καθώς και ο εξοπλισµός χειρισµού φορτίου γενικότερα, µπορούν να χαρακτηριστούν και να ταξινοµηθούν σε κατηγορίες, µε βάση κάποια χαρακτηριστικά τους, τα βασικότερα από τα οποία είναι ο τρόπος έδρασής τους και κίνησης τους στο υπόβαθρο που τα υποστηρίζει και η ύπαρξη ή όχι κάποιου αντισεισµικού σχεδιασµού (η οποία και εκφράζεται µε την τοποθέτηση ή την απουσία αντίστοιχα κάποιων συστηµάτων αγκύρωσης συγκράτησης τους και περιορισµού των µετακινήσεών τους σε περίπτωση εκδήλωσης µιας σεισµικής διέγερσης). Ένας κατάλογος απογραφής µπορεί να περιλαµβάνει τα εξής στοιχεία: - Είδος (mobile electric-lifting capacity = ηλεκτροκίνητος γερανός, container gantry crane = γερανογέφυρα, transtainer for rail containers = γερανογέφυρα σιδ. βαγονιών) - Ανυψωτική ικανότητα σε t - Ακτίνα εργασίας σε m - Έτος κατασκευής - Χώρα προέλευσης - Αποβάθρα που βρίσκεται τοποθετηµένος - Προβλήτας που βρίσκεται τοποθετηµένος - Αγκυρωµένα εξαρτήµατα (ναι, όχι) - Είδος φορτίου (συµβατικό, συµβατικό & container, container) - Μορφή ενέργειας που καταναλώνει (ηλεκτρική, diesel κτλ) - Ύπαρξη εναλλακτικής πηγής ενέργειας (ναι, όχι) - Συντήρηση (συστηµατική συντήρηση, όχι συστηµατική συντήρηση) - Βλάβες από προηγούµενους σεισµούς - Μέγιστη επιτρεπόµενη οριζόντια διαφορική καθίζηση σε cm ηµητρίου Ιωαννα 18

27 Κεφάλαιο 2ο - Εισαγωγή στη σεισµική τρωτότητα δικτύων και υποδοµών - Μέγιστη επιτρεπόµενη κατακόρυφη διαφορική καθίζηση σε cm - Υπάρχουσα διαφορική καθίζηση σε cm Η δηµιουργία λεπτοµερών καταλόγων απογραφής και αντίστοιχων βάσεων δεδοµένων συµβάλλει στον προσδιορισµό της τυπολογίας, η οποία αποσκοπεί στην περιγραφή και τον καθορισµό των τεχνικών και λοιπών χαρακτηριστικών των επιµέρους συνιστωσών του κάθε δικτύου. ηµητρίου Ιωαννα 19

28 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία των λιµενικών εγκαταστάσεων 3.1 Εισαγωγή Ο βασικός ρόλος των παράκτιων λιµενικών έργων είναι η διαµόρφωση συνθηκών ασφαλούς σταθµεύσεως και φορτοεκφόρτωσης πλοίων. Στις επιµέρους ενότητες του παρόντος κεφαλαίου γίνεται αρχικά µια γενική περιγραφή της τυπολογίας των επιµέρους συνιστωσών των λιµενικών εγκαταστάσεων µε βάση την διεθνή βιβλιογραφία. Στη συνέχεια, καθορίζονται εκείνες οι παράµετροι της τυπολογίας των επιµέρους συνιστωσών των λιµενικών εγκαταστάσεων που είναι κρίσιµες για τον καθορισµό της σεισµικής τους συµπεριφοράς, βάση των οποίων προτείνονται τελικά οι διάφορες κατηγορίες τυπολογίας. ηµητρίου Ιωάννα 20

29 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων 3.2 Γενική περιγραφή της τυπολογίας Ο προσδιορισµός της τυπολογίας αποσκοπεί στην περιγραφή και τον καθορισµό των τεχνικών και λοιπών χαρακτηριστικών των επιµέρους συνιστωσών του κάθε δικτύου. Τα τυπολογικά αυτά χαρακτηριστικά καθορίζουν σε σηµαντικό βαθµό το επίπεδο της σεισµικής συµπεριφοράς για ένα ορισµένο επίπεδο σεισµικής έντασης και σχετίζονται άµεσα µε τον καθορισµό της µεθοδολογίας εκτίµησης της σεισµικής τρωτότητας. Επιπλέον, στην διαδικασία ορισµού κατηγοριών τυπολογίας γίνεται συνεκτίµηση των ιδιαιτεροτήτων και τεχνολογικών δοµών που επικρατούν στον ελληνικό χώρο. Η δηµιουργία λεπτοµερών καταλόγων απογραφής και αντίστοιχων βάσεων δεδοµένων συµβάλλει αποφασιστικά προς την κατεύθυνση αυτή. Στις επιµέρους ενότητες της παραγράφου γίνεται αρχικά µια γενική περιγραφή της τυπολογίας των επιµέρους συνιστωσών των λιµενικών εγκαταστάσεων µε βάση την διεθνή βιβλιογραφία αλλά και την ελληνική πρακτική, όπου αυτό είναι εφικτό. Ακολουθεί ο προσδιορισµός των κρίσιµων παραµέτρων καθορισµού και εκτίµησης της σεισµικής τους συµπεριφοράς και ο προσδιορισµός των αντίστοιχων κατηγοριών τυπολογίας Παράκτια Λιµενικά Έργα Ο βασικός ρόλος των παράκτιων λιµενικών έργων είναι η διαµόρφωση συνθηκών ασφαλούς σταθµεύσεως και φορτοεκφόρτωσης πλοίων. Με βάση το είδος τους είναι δυνατό να διακριθούν οι παρακάτω κατηγορίες λιµενικών έργων: - αναχώµατα (χωµάτινα αναχώµατα, αµµώδεις προσχώσεις µε επίχωµα, κυµατοθραύστες, κρηπιδώµατα και τοίχοι προστασίας ακτών) ηµητρίου Ιωάννα 21

30 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων - πάσσαλοι (προεντεταµένοι πάσσαλοι από σκυρόδεµα, προεντεταµένοι κυλινδρικοί πάσσαλοι από σκυρόδεµα µεγάλης διαµέτρου, µεταλλικοί πάσσαλοι διατοµής Η, µεταλλικοί πάσσαλοι κοίλης διατοµής, µεταλλικοί πάσσαλοι κοίλης διατοµής µεγάλης διαµέτρου, ξύλινοι πάσσαλοι, κατακόρυφα συστήµατα πασσάλων, κεκλιµένα συστήµατα πασσάλων) - αποβάθρες (µε διάφορες µορφές διατοµής της πλάκας, µε κατακόρυφους ή κεκλιµένους πασσάλους) - κατασκευές αντιστήριξης βαρύτητας (τοίχοι από ογκόλιθους σκυροδέµατος, κιβώτια από σκυρόδεµα, «πορώδης» κατασκευές από µεταλλικά φύλλα, κυλινδρικά µεταλλικά κιβώτια, κατασκευές ανοικτού τύπου) - µεταλλικά πασαλλοδιαφράγµατα µε αγκυρώσεις (διαφέρουν µε το είδος της αγκύρωσης: αγκυρώσεις σε µπλοκ από σκυρόδεµα, µε κεκλιµένους πασσάλους, µε µεταλλική πλάκα) - επιπλέουσες κατασκευές - µώλοι Στο σχήµα 3.1 δίνονται οι τυπικές κατηγορίες παράκτιων λιµενικών έργων. ηµητρίου Ιωάννα 22

31 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων Σχήµα 3.1 Τυπικές κατηγορίες παράκτιων λιµενικών έργων (PIANC, 2001). ηµητρίου Ιωάννα 23

32 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων Τα στοιχεία των λιµενικών έργων και των έργων προστασίας και διευθετήσεως των ακτών χωρίζονται, όπως προαναφέρθηκε, σε δύο βασικές κατηγορίες, τα εγκάρσια και τα παράλληλα έργα (Κουτίτας, 1994). Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται οι βραχίονες, οι µώλοι, οι γέφυρες και οι υποβρύχιοι αγωγοί ενώ τα παράλληλα τεχνικά έργα αποτελούν οι κυµατοθραύστες και οι τοίχοι (κρηπιδότοιχοι και τοίχοι προστασίας ακτών). Επιπλέον, τέτοιου είδους έργα χαρακτηρίζονται από διάφορες παραµέτρους, οι βασικότερες από τις οποίες σχετίζονται µε την γεωµετρία τους, το είδος της διατοµής τους, το υλικό κατασκευής τους, τον τύπο θεµελίωσής τους, την ύπαρξη και το είδος των αγκυρώσεων που διαθέτουν (PIANC, 2001). Τα υλικά κατασκευής τους είναι δυνατό να διαφέρουν ανάλογα µε τις φυσικές και τις οικονοµικές συνθήκες του χώρου κατασκευής. Τα τελευταία ποικίλουν από φυσικούς λίθους κατάλληλης κοκκοµετρικής διαβάθµισης και βάρους, άοπλο ή οπλισµένο σκυρόδεµα µε επί τόπου έχγυση ή προκατασκευασµένα «µπλοκ» ή και µεταλλικές πασσαλοσανίδες. Γεωυφάσµατα και γεωµεµβράνες είναι δυνατό να χρησιµοποιηθούν για την ενίσχυση των εδαφών θεµελίωσης και την προστασία των πρανών από τη δράση των κυµατισµών και τέλος, διογκωµένη πολυστερίνη, GRP, και άλλα πλαστικά υλικά χρησιµοποιούνται για την κατασκευή πλωτών στοιχείων λιµενικών έργων. Οι βραχίονες είναι δυνατό να είναι κατασκευασµένοι από λουκάνικα πολυαιθυλενίου γεµάτα µε άµµο, λιθορριπές χωρίς πλατιά στέψη ή και πασσαλοφράγµατα ξύλινα ή µεταλλικά. Τέλος, οι γέφυρες είναι ελαφρές κατασκευές από οπλισµένο σκυρόδεµα ή χάλυβα. Ένας σηµαντικός παράγοντας καθορισµού της τυπολογίας των παράκτιων λιµενικών έργων αποτελεί το είδος της θεµελίωσής τους. Οι κατασκευές αυτού του είδους υποστηρίζονται σε πολλές περιπτώσεις από ξύλινους, χαλύβδινους ή από σκυρόδεµα πασσάλους. Αρκετές φορές ηµητρίου Ιωάννα 24

33 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων διαθέτουν και κεκλιµένους πασσάλους, προκειµένου να µπορούν να παραλάβουν και να αντισταθούν στα φορτία από την δράση των κυµατισµών ή τα πιθανά χτυπήµατα από τις άγκυρες των πλοίων. Κρηπιδότοιχοι και τοίχοι προστασίας ακτών διαθέτουν συχνά επιφανειακές θεµελίωσεις. Το είδος της διατοµής τέτοιου είδους έργων αποτελεί µια ακόµα κρίσιµη παράµετρο καθορισµού της τυπολογίας τους. Οι µώλοι είναι δυνατό να κατασκευαστούν µε κατακόρυφα µέτωπα, µε κεκλιµένα πρανή ή µε µικτές κατά βάθος και πλάτος διατοµές ανάλογα µε την ποιότητα του εδάφους θεµελίωσης, τα βάθη του νερού και την απαίτηση ή όχι εξυπηρέτησης σκαφών στο εσωτερικό µέτωπό τους. Τα κατακόρυφα µέτωπα διαµορφώνονται από συµπαγείς ή κυψελωτούς ογκόλιθους, άοπλου σκυροδέµατος ή κιβώτια οπλισµένου σκυροδέµατος, και τα κεκλιµένα πρανή διαµορφώνονται από λιθορριπές µε συνεχώς αυξανόµενη διάµετρο (και βάρη) λίθων, από τον πυρήνα προς την επιφάνεια. Οι βραχίονες κατασκευάζονται µε λιγότερες πλατιές διατοµές σε σχέση µε τους µώλους. Οι κυµατοθραύστες, ανάλογα µε το αν είναι επιθυµητό να διέρχεται ένα µέρος της κυµατικής ενέργειας, κατασκευάζονται βυθισµένοι, υδραυλικά διαπερατοί ή κατά τµήµατα, ενώ οι γέφυρες είναι κατασκευές σε πασσάλους ή πυλώνες, που φέρουν οριζόντια πλάκα κυκλοφορίας πεζών και οχηµάτων. Τέλος, οι κρηπιδότοιχοι αποτελούν στην ουσία κατασκευές αντιστήριξης µε κατάλληλου υλικού επιχώµατα, ενώ παρουσιάζονται σε διάφορες µορφές (βαρύτητας, µπλοκ από σκυρόδεµα, µορφής κιβωτίου κ.τ.λ.). Στο σηµείο αυτό κρίνεται σκόπιµο να δοθεί µια πιο συστηµατική περιγραφή της τυπολογίας των κρηπιδότοιχων, καθώς αυτοί αποτελούν τα στοιχεία εκείνα τα οποία θα µελετηθούν στην παρούσα εργασία. Οι κρηπιδότοιχοι είναι κατασκευές παράλληλες στην ακτή που επιτρέπουν την πλαγιοδέτηση ή πρυµνοδέτηση και φορτοεκφόρτωση πλοίων, καθώς δηµιουργούν κατακόρυφα µέτωπα που εκτείνονται σε ηµητρίου Ιωάννα 25

34 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων βάθος επαρκές για την προσέγγιση πλοίων. Στην ουσία πρόκειται για τοίχους αντιστήριξης που δέχονται διάφορα είδη φορτίων (ενεργές και παθητικές ωθήσεις του εδάφους επίχωσης, ελκτικές δυνάµεις των πλοίων καθώς και υδροστατικά και υδροδυναµικά φορτία). Οι διαφορετικοί τύποι κρηπιδότοιχων διακρίνονται ανάλογα µε την γεωµετρία τους, το είδος της διατοµής τους, το υλικό κατασκευής τους, τον τύπο θεµελίωσής τους, την ύπαρξη και το είδος των αγκυρώσεων (PIANC, 2001). Το είδος του επιχώµατος και του υλικού της θεµελίωσης όπως επίσης και η ύπαρξη ή όχι στρώσης εξυγίανσης αποτελούν βασικούς παράγοντες καθορισµού της σεισµικής τους απόκρισης (ICHII, 2003). Ανάλογα µε την ποιότητα του εδάφους θεµελίωσης, τα οριζόντια φορτία επάνω τους και τα διαθέσιµα υλικά κατασκευής χωρίζονται σε κλειστού και ανοικτού τύπου. Οι κρηπιδότοιχοι κατακόρυφου τύπου διακρίνονται ανάλογα µε το είδος της λειτουργίας τους σε τοίχους βαρύτητας και διαφράγµατα. Κατασκευάζονται από ογκόλιθους άοπλου σκυροδέµατος, κιβώτια οπλισµένου σκυροδέµατος ή πασσαλοσανίδες (µεταλλικές ή από οπλισµένο σκυρόδεµα), µε δοκό στέψης η οποία αγκυρώνεται στις γαιώδεις µάζες πίσω από τον τοίχο. Οι τοίχοι βαρύτητας διακρίνονται µε βάση το είδος της διατοµής τους και τα διαφράγµατα µε την ύπαρξη και το είδος των αγκυρώσεων που διαθέτουν. Οι τοίχοι βαρύτητας από κιβώτια σκυροδέµατος χρησιµοποιούνται συνήθως σε κρηπιδότοιχους µεγάλης κλίµακας µε βάθη µεγαλύτερα από 7,5 m. Μερικοί τύποι κατασκευής κρηπιδοτοίχων είναι οι εξής : Κατακόρυφου τύπου - Ογκόλιθοι από σκυρόδεµα - Κιβώτια - Πασσαλοφράγµατα - Πασσαλοσανίδες - Πασσαλοσανίδες µε ανακουφιστική πλάκα Ανοικτού τύπου - Ανοικτού τύπου επί πασσάλων - Επί πασσάλων µε ανακουφιστική πλάκα ηµητρίου Ιωάννα 26

35 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων Εξοπλισµός Φορτο-εκφόρτωσης Οι γερανοί και γενικότερα ο εξοπλισµός και τα διάφορα συστήµατα χειρισµού φορτίου, µπορούν να θεωρηθούν ως στοιχεία εξοπλισµού µεγάλων διαστάσεων, τα οποία και χρησιµοποιούνται µε σκοπό την φόρτωση και εκφόρτωση του µεταφερόµενου φορτίου από και προς τα σκάφη, καθώς και στα διάφορα µέσα που χρησιµοποιούνται για την µεταφορά αυτών, την προσωρινή απόθεση ή και αποθήκευσή τους. Τα συστήµατα και ο εξοπλισµός χειρισµού και αποθήκευσης φορτίου που συναντώνται γενικότερα στους λιµένες, µπορεί να είναι (Werner, 1998) : - συστήµατα γερανών (γερανοί, γερανογέφυρες, θεµελιώσεις γερανών, συστήµατα παροχής ενέργειας) - συστήµατα δεξαµενών (δεξαµενές, θεµελιώσεις δεξαµενών) - διάφορα άλλα συστήµατα χειρισµού και αποθήκευσης φορτίου (εξοπλισµός και συστήµατα χειρισµού υλικών και φορτίων, σήραγγες και αγωγοί, στοιχεία προσωρινής αποθήκευσης) Μια πιο αναλυτική κατηγοριοποίηση των στοιχείων αυτών µπορεί να γίνει ως εξής: Αναφορικά µε τους γερανούς, οι οποίοι και παρουσιάζουν ιδιαίτερη σηµασία καθώς θα µπορούσαν να χαρακτηριστούν ως η βασικότερη κατηγορία των συστηµάτων χειρισµού φορτίου που απαντώνται κατά κανόνα σε όλες τις εγκαταστάσεις των λιµένων ανά τον κόσµο, αποτελούνται συνήθως από µεταλλική κατασκευή, διαστάσεων και όγκου αναλόγων της ικανότητας αναλαβής φορτίου που διαθέτουν. Οι γερανοί και οι γερανογέφυρες διακρίνονται σε κινητούς και σταθερούς. Οι τελευταίοι κατηγοριοποιούνται επιπλέον ως εξής: - κινούµενοι σε ράγες - τροχοφόροι - ερπυστριοφόροι Επιπλέον, οι γερανοί είναι δυνατό να κινούνται µε βάση την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας ή µε την χρήση κατάλληλης καύσιµης ύλης. Έτσι ηµητρίου Ιωάννα 27

36 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων διακρίνονται σε ηλεκτροκίνητους ή βενζινοκίνητους αντίστοιχα. Οι κινητοί γερανοί χρησιµοποιούν συνήθως µηχανές εσωτερικής καύσης. Αντίθετα, οι γερανοί κινούµενοι σε ράγες είναι δυνατό να τροφοδοτούνται είτε µε ηλεκτρική ενέργεια είτε να χρησιµοποιούν µηχανές εσωτερικής καύσης. Η θεµελίωση των συστηµάτων αυτών αποτελείται από µια δοκό σκυροδέµατος τοποθετηµένη απευθείας στην επιφάνεια του υποστρώµατος ή στηριζόµενη σε πασσάλους. Το είδος του φορτίου που διαχειρίζονται αποτελεί ένα ακόµα χαρακτηριστικό της τυπολογίας τους. ιακρίνονται σε γερανούς συµβατικού φορτίου και σε γερανούς συµβατικού φορτίουεµπορευµατοκιβωτίων. Τέλος, ανάλογα µε την θέση τους στις εγκαταστάσεις του λιµένα είναι δυνατό να χαρακτηρίζονται ως συστήµατα γερανών τοποθετηµένα παράπλευρα στις προκυµαίες ή εντός του αύλιου χώρου του λιµένα. Οι βασικότερες παράµετροι καθορισµού της τυπολογίας των δεξαµενών είναι η ύπαρξη ή απουσία αγκυρώσεων καθώς και το είδος τους. Έτσι διακρίνονται σε: - αγκυρωµένες και µη αγκυρωµένες - υπέργειες, υπόγειες ή µερικώς θαµµένες Στα παρακάτω σχήµατα δίνονται κάποια χαρακτηριστικά παραδείγµατα συστηµάτων γερανών. ηµητρίου Ιωάννα 28

37 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων Σχήµα 3.2 Ηλεκτροκίνητοι γερανοί κινούµενοι σε ράγες Σχήµα 3.3 Σύστηµα έδρασης γερανού σε ράγες Σχήµα 3.4 Γερανογέφυρες 3.3 Κρίσιµες παράµετροι Κατηγορίες τυπολογίας Στις επόµενες παραγράφους καθορίζονται εκείνες οι παράµετροι της τυπολογίας των επιµέρους συνιστωσών των λιµενικών εγκαταστάσεων που είναι κρίσιµες για τον καθορισµό της σεισµικής τους συµπεριφοράς, βάση των οποίων προτείνονται τελικά οι διάφορες κατηγορίες τυπολογίας. ηµητρίου Ιωάννα 29

38 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων Παράκτια Λιµενικά Έργα - Κρηπιδότοιχοι Οι διαφορετικοί τύποι κρηπιδότοιχων διακρίνονται ανάλογα µε την γεωµετρία τους, το είδος της διατοµής τους, το υλικό κατασκευής τους, τον τύπο θεµελίωσής τους, την ύπαρξη και το είδος των αγκυρώσεων (PIANC, 2001). Το είδος του επιχώµατος και του υλικού της θεµελίωσης όπως επίσης και η ύπαρξη ή όχι στρώσης εξυγίανσης αποτελούν βασικούς παράγοντες καθορισµού της σεισµικής τους απόκρισης (ICHII, 2003). Οι βασικότερες κατηγορίες δίνονται στον πίνακα 3.1. Πίνακας 3.1 Βασικές Κατηγορίες Κρηπιδότοιχων Κατακόρυφου τύπου 1 Βαρύτητας-Ογκόλιθοι από σκυρόδεµα 2 Βαρύτητας-Κιβώτια 3 Πασσαλοφράγµατα 4 Πασσαλοσανίδες 5 Πασσαλοσανίδες µε ανακουφιστική πλάκα Ανοικτού τύπου 6 Ανοικτού τύπου επί πασσάλων 7 Επί πασσάλων µε ανακουφιστική πλάκα Με βάση την διεθνή εµπειρία, η πλέον κρίσιµη παράµετρος της σεισµικής κίνησης που καθορίζει την απόκριση των παράκτιων λιµενικών έργων είναι οι µόνιµες εδαφικές µετακινήσεις κυρίως λόγω ρευστοποίησης και δυναµικής συνίζησης του εδάφους του επιχώµατος, της θεµελίωσης ή της περιοχής της αγκύρωσης. Οι διαφορετικές τυπολογικές κατηγορίες που παρατίθενται παραπάνω επιδεικνύουν παρόµοια συµπεριφορά υπό την επίδραση της ίδιας σεισµικής διέγερσης. Η εµφάνιση και το µέγεθος των µετακινήσεων συνδέεται άµεσα µε το είδος και τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά του εδάφους θεµελίωσης και του επιχώµατος (ICHII, 2004). Βέβαια παράγοντες όπως ηµητρίου Ιωάννα 30

39 Κεφάλαιο 3ο Τυπολογία λιµενικών εγκαταστάσεων η γεωµετρία του τοίχου και η ένταση της σεισµικής διέγερσης είναι πάντοτε καθοριστικής σηµασίας Εξοπλισµός Φορτοεκφόρτωσης - Γερανοί Οι γερανοί ειδικότερα, καθώς και ο εξοπλισµός χειρισµού φορτίου γενικότερα, µπορούν να χαρακτηριστούν και να ταξινοµηθούν σε κατηγορίες, µε βάση µια πληθώρα χαρακτηριστικών, όπως ο τρόπος έδρασής και κίνησης τους στο υπόβαθρο που τα υποστηρίζει, η ύπαρξη ή όχι κάποιου αντισεισµικού σχεδιασµού, το είδος της θεµελίωσής, ο τρόπος παροχής ενέργειας, το είδος του φορτίου, τη θέση τους κτλ. Εκείνα τα τυπολογικά χαρακτηριστικά όµως που είναι κρίσιµα για την απότιµηση της σεισµικής τους συµπεριφοράς είναι ο τρόπος έδρασής τους (σταθεροί ή κινούµενοι σε ράγες) καθώς και το αν διαθέτουν ή όχι κάποιου είδους αγκυρώσεις. Σηµειώνεται το γεγονός ότι εξοπλισµός µε συστήµατα αγκύρωσης (συγκράτησης και περιορισµού των µετακινήσεών σε περίπτωση εκδήλωσης µιας σεισµικής διέγερσης) σηµαίνει εξοπλισµός µε κάποιου είδους σεισµικό σχεδιασµό, ενώ αντίθετα εξοπλισµός χωρίς αγκυρώσεις σηµαίνει εξοπλισµός σχεδιασµένος χωρίς απαιτήσεις αντισεισµικότητας. Στον πίνακα 3.2 δίνονται οι βασικές κατηγορίες της τυπολογίας συστηµάτων φορτοεκφόρτωσης (NIBS, 2004). Πίνακας 3.2 Κατηγορίες Συστηµάτων Γερανών Βασικές Κατηγορίες Τυπολογίας Σταθερός χωρίς αγκυρώσεις Σταθερός µε αγκυρώσεις Κινούµενος σε ράγες χωρίς αγκυρώσεις Κινούµενος σε ράγες µε αγκυρώσεις ηµητρίου Ιωάννα 31

40 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς αιτίες και επιπτώσεις αυτών 4.1 Εισαγωγή Στο παρόν κεφάλαιο γίνεται µια εκτενής παρουσίαση των αστοχιών που προήλθαν από τους κυριώτερους σεισµούς που συνέβησαν στο παρελθόν. Οι αστοχίες αφορούν το δίκτυο των λιµενικών εγκαταστάσεων και τις επιµέρους συνιστώσες του, όπως αυτές ορίστηκαν σε προηγούµενο κεφάλαιο. Συγκεκριµένα, γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στις αστοχίες κρηπιδότοιχων. Επίσης, αναφέρονται οι κυριώτερες αιτίες των αστοχιών αυτών καθώς και οι επιπτώσεις που είχαν στο ίδιο το δίκτυο, ή/και γενικότερα. Τέλος, δίνονται παραδείγµατα αστοχιών µέσω φωτογραφικού υλικού. ηµητρίου Ιωάννα 32

41 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις 4.2 Παρουσίαση σεισµικών βλαβών λιµενικών εγκαταστάσεων από παλαιότερους σεισµούς. Οι λιµενικές εγκαταστάσεις είναι δυνατό να υποστούν σηµαντικές απώλειες όχι µόνο υπό την επίδραση ισχυρών σεισµικών διεγέρσεων αλλά και υπό την επιβολή µετρίων επιπέδων σεισµικής διέγερσης. Επιπλέον, όπως έδειξε για παράδειγµα η εµπειρία από το λιµάνι του Oakland στον σεισµό της Loma Prieta το 1989, το λιµάνι του Kobe στον σεισµό του Great Hansin (Kobe) το 1995, και πολλά άλλα λιµάνια που υπέστησαν σηµαντικά επίπεδα σεισµικής διέγερσης, οι απώλειες λόγω σεισµού των λιµένων οδηγούν σε εκτεταµένες οικονοµικές απώλειες για τα ίδια τα λιµάνια, αλλά και σε επιπτώσεις στην οικονοµία σε τοπικό, εθνικό ακόµα και διεθνές επίπεδο (Werner et al., 1999). Η κυρίαρχη αιτία πρόκλησης βλαβών σε λιµενικές εγκαταστάσεις κατά την διάρκεια της επίδρασης ισχυρών σεισµικών διεγέρσεων αποτελεί η αύξηση των ωθήσεων οφειλόµενη µεταξύ άλλων και στην αύξηση των υδροδυναµικών πιέσεων και της αύξησης της πίεσης των πόρων στα κορεσµένα µη συνεκτικά εδάφη που κυριαρχούν σε αυτού του είδους τις εγκαταστάσεις. Αυτή η αύξηση της πίεσης των πόρων µπορεί να οδηγήσει σε σηµαντικές πλευρικές ωθήσεις στους κρηπιδότοιχους από τα υλικά των επιχώσεων, σε ρευστοποίηση και µεγάλες υποθαλάσσιες κατολισθήσεις (ATC-25). Άλλες αιτίες αποτελούν η τοπική µόνιµη µετακίνηση του εδάφους, η εδαφική αστοχία και η εκτεταµένη καθίζηση που δεν συνδέεται απαραίτητα µε την ρευστοποίηση και φυσικά η εδαφική ταλάντωση (Pachakis and Kiremidjian, 2004, Werner, 1998). Από τα προηγούµενα, η ρευστοποίηση των χαλαρών, κορεσµένων, αµµωδών σχηµατισµών που συχνά επικρατούν στις παραλιακές περιοχές αποτελεί την επικρατέστερη αιτία πρόκλησης σεισµικών βλαβών στις λιµενικές εγκαταστάσεις. Η σεισµική εµπειρία έχει επιδείξει ότι ακόµα και η ανάπτυξη µέτριων επιπέδων σεισµικής διέγερσης είναι σε θέση να προκαλέσει φαινόµενα ρευστοποίησης, µε αποτέλεσµα την µείωση της δυσκαµψίας και απώλεια της διατµητικής αντοχής του ηµητρίου Ιωάννα 33

42 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις ρευστοποιούµενου εδάφους. Το γεγονός αυτό µε την σειρά του µπορεί να προκαλέσει καθίζηση του εδάφους, αύξηση των πλευρικών ωθήσεων στις κατασκευές αντιστήριξης και απώλεια της παθητικής αντίστασης έναντι τοίχων και αγκυρώσεων (PIANC, 2001). Τέλος, οι λιµενικές εγκαταστάσεις υπόκεινται σε κίνδυνο και λόγω µεγάλων θαλάσσιων σεισµικών κυµάτων (tsunami). Ακολουθεί η περιγραφή της συµπεριφοράς λιµενικών εγκαταστάσεων κατά την διάρκεια ισχυρών σεισµών. Ειδικότερα, στις επόµενες παραγράφους δίνεται µια συνοπτική περιγραφή της σεισµικής απόκρισης και των συνολικών απωλειών (άµεσων και έµµεσων) κατά την διάρκεια ισχυρών σεισµών του διεθνή χώρου. -Σεισµός της Loma Prieta στις ΗΠΑ (17/10/1989, Ms=7.1) Μικρές βλάβες σηµειώθηκαν στο λιµάνι της Redwood City (κυρίως αστοχίες αγωγών ύδρευσης και κεκλιµένων πασσάλων) χωρίς διακοπή της λειτουργίας του. Η κύρια βλάβη που υπέστη το λιµάνι του Richmond ήταν η θραύση µιας δεξαµενής αποθήκευσης βενζίνης. Στους λιµένες του San Francisco και του Oakland βλάβες προκλήθηκαν κυρίως λόγω ρευστοποίησης των επιχωµάτων µε αποτέλεσµα την διαφορική καθίζηση των παράκτιων έργων που βρίσκονται σε επιχωµατώσεις σε σχέση µε αυτές που στηρίζονται σε πασσάλους. Στο λιµάνι του San Francisco σηµειώθηκαν πολυάριθµες βλάβες σε κτίρια και θραύσεις αγωγών φυσικού αερίου. Το λιµάνι του Oakland υπέστη τις µεγαλύτερες βλάβες (κόστους 75 εκατ. δολλάρια). Βλάβες σηµειώθηκαν σε γερανούς, αγωγούς ύδρευσης και δεξαµενές µε αποτέλεσµα την διαρροή επικίκδυνων υλικών (EERI, 1990, Ferritto, 1997) -Σεισµός του Great Hanshin Awaji (Kobe) στην Ιαπωνία (17/1/1995, Mw=7.2) Εκτεταµένες βλάβες σηµειώθηκαν στο λιµάνι του Kobe κυρίως λόγω ρευστοποίησης των επιχωµατώσεων, τις αυξηµένες πλευρικές ωθήσεις, ηµητρίου Ιωάννα 34

43 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις καθιζήσεις και πλευρικές µεταθέσεις. Οι κατασκευές που στηρίζονταν σε πασσάλους είχαν καλύτερη σεισµική απόκριση, ενώ αυτές που δεν ήταν θεµελιωµένες σε πασσάλους υπέστησαν διαφορικές καθιζήσεις, κλίσεις και σηµαντικές βλάβες. Λόγω ρευστοποίησης σηµειώθηκαν πλευρικές µεταθέσεις έως και 3m, βυθίσεις κρηπιδότοιχων και κλίσεις έως και 3 ο, αστοχίες αγωγών, και κλείσιµο των 179 από τις 186 προβλήτες του λιµένα. Βλάβες σηµειώθηκαν σε δεξαµενές και θεµελιώσεις γερανών. Εκτεταµένη ρευστοποίηση συνέβη στα τεχνητά νησιά Port και Rokko. Στο νησί Rokko η µέγιστη εδαφική καθίζηση πίσω από κρηπιδότοιχο ήταν ίση µε 3 m, ενώ σε ορισµένες θέσεις οι κρηπιδότοιχοι υπέστησαν οριζόντια ολίσθηση προς την θάλασσα ίση µε 2 m. Σηµειώθηκαν πολλές βαθιές εδαφικές ρηγµατώσεις παράλληλες προς τα κρηπιδώµατα. Η πλειοψηφία των γερανών εµπορευµατοκιβωτίων εκτροχιάστηκαν. Ένας γερανός κατέρρευσε εντελώς, ενώ άλλοι υπέστησαν βλάβες στα δοµικά τους µέλη. Τέλος, βλάβες λόγω ρευστοποίησης σηµειώθηκαν και στις λοιπές υποδοµές. Στο νησί Port περισσότερο από το 50% της επιφάνειας των ασφαλτικών επιστρώσεων καλύφθηκε από κρατήρες άµµου (Bardet et al., 1995, Ferritto, 1997, PIANC, 2001). -Σεισµός του Chi-Chi στην Ταϊβάν (21/9/1999, Ms=7.6) Βλάβες σηµειώθηκαν σε 4 από τις 85 προβλήτες του λιµανιού της Tai- Jung λόγω εκδήλωσης φαινοµένων ρευστοποίησης, καθώς και σε περιοχές αποθήκευσης εµπορευµατοκιβωτίων και σε δρόµους διερχόµενους πίσω από προβλήτες. Σηµειώθηκαν ολισθήσεις προς την θάλασσα και κλίσεις (έως και 3,5%) κρηπιδότοιχων διατοµής κιβωτίου, µε µέγιστη σχετική µετακίνηση κατά µήκος της ακτογραµµής ίση µε 1,6m και µέγιστη ολίσθηση της βάσης ίσης µε 0,9m. Ως αιτίες αποδίδονται η σεισµική αδρανειακή δύναµη σε συνδυασµό µε τις αυξηµένες ωθήσεις του επιχώµατος λόγω ρευστοποίησης. Σηµειώθηκαν καθιζήσεις (60-100cm) και οριζόντιες µετακινήσεις (20-50cm) των επιχωµάτων καθώς και εκδηλώσεις κρατήρων άµµου. Επιπλέον βλάβες παρατηρήθηκαν σε γερανούς, µικρά κτίρια και αγωγούς σε περιοχές που ηµητρίου Ιωάννα 35

44 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις εκδηλώθηκε ρευστοποίηση αλλά και σε µια δεξαµενή λόγω εδαφικής ταλάντωσης (EERI, 2001) - Σεισµός του Izmit (Kocaeli) στην Τουρκία (17/8/1999, Ms=7.4) Εκτεταµένες βλάβες σηµειώθηκαν στις πολυάριθµες προβλήτες και λιµενικές εγκαταστάσεις στην ακτή του Izmit. Το µεγαλύτερο πολιτικό λιµάνι που υπέστη βλάβες από τον σεισµό είναι το λιµάνι της Derince (οριζόντια ολίσθηση κρηπιδότοιχων, καθιζησεις των επιχωµάτων, εκδήλωση φαινοµένων ρευστοποίησης, βλάβες σε γερανούς), ενώ το λιµάνι της Tuzla υπέστη µόνο µικρές βλάβες και στο λιµάνι της Haydarpasa δεν σηµειώθηκαν απώλειες λόγω του σεισµού. Στο στρατιωτικό λιµάνι της Gölcük εκδηλώθηκαν βλάβες σε κτίρια και προκυµαίες λόγω εδαφικής αστοχίας και επιφανειακής εδαφικής διάρρηξης (EERI, 2000). -Σεισµός της Costa Rica (22/4/1991, Mw=7.7) Εκτεταµένη ρευστοποίηση εκδηλώθηκε στο λιµάνι της Limon µε καθιζήσεις έως και 60cm του τµήµατος του λιµένος που ήταν κατασκευασµένο σε επιχωµατώσεις. Η λειτουργικότητα του λιµένα ήταν µειωµένη στο 70% για µια εβδοµάδα µετά τον σεισµό. Η πλήρης αποκατάσταση των βλαβών διήρκησε ένα µήνα (EERI, 1991). -Σεισµός του Hokkaido-Nansei-Oki στην Ιαπωνία (12/7/1993, Μ=7.8) Τα λιµάνια των Esashi, Aonae και Okushiri-Cho προσβλήθηκαν από σεισµικά κύµατα (tsunami). Σε ορισµένες περιπτώσεις σηµειώθηκαν διακοπές στην κίνηση των ferry boats καθώς και διατάραξη των λειτουργιών των καταστηµάτων και λοιπών υπηρεσιών των λιµένων λόγω ύπαρξης µπάζων και οχηµάτων. Βλάβες σηµειώθηκαν σε κρηπιδότοιχους από σκυρόδεµα (ανατροπή και µετακίνηση) λόγω της επίδρασης των κυµάτων του tsunami ή/και γεωτεχνικών παραγόντων (αύξηση των πλευρικών ωθήσεων και ρευστοποίηση του εδάφους), (EERI, 1995). ηµητρίου Ιωάννα 36

45 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Αντίστοιχα στοιχεία καταγραφής βλαβών στον ελληνικό ή/και ευρωπαϊκό χώρο είναι σχετικά περιορισµένα. Ειδικότερα στην Ελλάδα, παραδείγµατα σεισµών κατά την διάρκεια των οποίων σηµειώθηκαν και καταγράφηκαν βλάβες σε λιµενικές εγκαταστάσεις αναφέρονται ο σεισµός της Καλαµάτας, 13/9/1986 (Ms=6.2), καθώς και ο πρόσφατος σεισµός της Λευκάδας, 14/8/2003 (Ms=6.4). Μετά τον σεισµό της Καλαµάτας βλάβες σηµειώθηκαν στον κύριο κρηπιδότοιχο του λιµένα της πόλης, χωρίς όµως απώλεια της λειτουργικότητάς του. Στο λιµάνι της Λευκάδας καθώς και στην περιοχή της Μαρίνας σηµειώθηκαν βλάβες στους κρηπιδότοιχους που εντοπίζονται κυρίως σε οριζόντιες µετακινήσεις και στροφές των τοίχων, καθιζήσεις των επιχωµάτων και ρηγµατώσεις των πεζοδροµίων. Σεισµικές απώλειες ποικίλης έκτασης σηµειώθηκαν και σε άλλες λιµενικές εγκαταστάσεις του νησιού, όπως για παράδειγµα στο λιµάνι της Λυγιάς όπου σηµαντικό µήκος κρηπιδότοιχων κατέρρευσε. Παρακάτω αναφέρονται οι πιθανές µορφές αστοχίας ανά συνιστώσα (µε βάση πάντοτε την τυπολογία των λιµενικών εγκαταστάσεων όπως αυτή έχει παρουσιαστεί στο κεφάλαιο 3) καθώς και οι πιθανές επιπτώσεις τους στην οµαλή λειτουργία ενός λιµένα. 4.3 Μορφές και αιτίες αστοχίας λιµενικών εγκαταστάσεων και επιπτώσεις Παράκτια λιµενικά έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι / προβλήτες) -Προβλήτες Κρηπιδότοιχοι Η κύρια αιτία εµφάνισης σεισµικών βλαβών των παράκτιων λιµενικών έργων είναι η εκδήλωση φαινοµένων ρευστοποίησης, η οποία µπορεί να οδηγήσει σε ιδιαίτερα σηµαντικές απώλειες τόσο στην ίδια την κατασκευή όσο και στην λειτουργία του λιµένα. Επιπλέον, η ηµητρίου Ιωάννα 37

46 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις αποκατάσταση των βλαβών αποτελεί µια ιδιαίτερα χρονοβόρα διαδικασία, καθώς το υλικό του επιχώµατος πρέπει να αφαιρεθεί και η παράκτια κατασκευή να επιδιορθωθεί ή να επανακατασκευαστεί (Pachakis and Kiremidjian, 2004). Ως παράδειγµα αναφέρεται το γεγονός ότι στο λιµάνι του Oakland µετά τον σεισµό της Loma Prieta, η πλήρης αποκατάσταση της λειτουργίας ενός τερµατικού σταθµού διήρκησε έξι µήνες. Συχνές µορφές σεισµικής αστοχίας λιµενικών εγκαταστάσεων αποτελούν η πλευρική µετακίνηση, η παραµόρφωση, και η κλίση των κρηπιδότοιχων και των διαφραγµάτων. Οι κρηπιδότοιχοι από επάλληλους τεχνητούς ογκόλιθους σκυροδέµατος είναι δυνατό να υποστούν σχετική ολίσθηση στην διεπιφάνεια των διαδοχικών κιβωτίων. Αυτού του είδους οι βλάβες συχνά συνοδεύονται από εκτεταµένη καθίζηση και ρηγµάτωση της ποδιάς των πεζοδροµίων. Η κυρίαρχη µορφή αστοχίας των διαφραγµάτων είναι η ανεπαρκής αντοχή των αγκυρώσεων, κυρίως λόγω τοποθέτησης των αγκυρίων σε µικρά βάθη, όπου το επίχωµα είναι ιδιαίτερα επιδεκτικό σε απώλεια αντοχής λόγω αύξησης της πίεσης των πόρων και εκδήλωση φαινοµένων ρεστοποίησης. Η ανεπαρκής απόσταση µεταξύ της αγκύρωσης και του σώµατος του διαφράγµατος µπορεί επίσης να οδηγήσει σε αστοχία. Σε περιπτώσεις παράκτιων εγκαταστάσεων θεµελιωµένων σε πασσάλους, οι πιθανές µορφές αστοχίας σχετίζονται επιπλέον και µε την εµφάνιση βλαβών στο σώµα των πασσάλων. Οι αποβάθρες / προβλήτες σε πασσάλους συνήθως έχουν καλή σεισµική απόκριση, µε εξαίρεση την επίδραση εδαφικών αστοχιών όπως µεγάλες υποβρύχιες κατολισθήσεις. Σε αυτές τις περιπτώσεις, σύµφωνα µε την εµπειρία από προηγούµενους σεισµούς, οι αποβάθρες είναι δυνατό να υποστούν εκτεταµένη ολίσθηση και κάµψη και λυγισµό των πασσάλων στήριξης. Τέλος, σηµειώνεται το γεγονός ότι η χρήση διαφορετικών τύπων θεµελίωσης (όπως επιφανειακή θεµελίωση σε επιχωµατώσεις και θεµελίωση µε πασσάλους) στα διάφορα τµήµατα µιας κατασκευής αυξάνει την πιθανότητα βλάβης λόγω της δυνατότητας εκδήλωσης διαφορικών καθιζήσεων. ηµητρίου Ιωάννα 38

47 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Ειδικότερα για τους κρηπιδότοιχους βαρύτητας, οι πιθανές µορφές αστοχίας είναι δυνατό να ταξινοµηθούν όπως φαίνεται στον πίνακα που ακολουθεί (Κακδέρη και συνεργάτες, 2006). Πίνακας 4.1 Πιθανές µορφές αστοχίας κρηπιδότοιχων βαρύτητας. Υποστοιχείο Κρηπιδότοιχοι Υλικά επιχώµατος Πιθανές µορφές αστοχίας Ολίσθηση προς τα έξω. Κλίση. Καθίζηση. Ανατροπή και εκτεταµένη κλίση. Κατάρρευση. Ρηγµάτωση της ποδιάς του πεζοδροµίου. Ρηγµάτωση µε σχετική καθίζηση του πεζοδροµίου ως προς τον τοίχο. Θραύση του εδάφους και ρηγµάτωση της επιφάνειας του δρόµου. Ανάδυση λεπτόκοκκου υλικού από ρωγµές του εδάφους. Καθίζηση του επιχώµατος. ιαφορική καθίζηση του εδάφους. Πλευρική εδαφική µετακίνηση (lateral spreading). Στα σχήµατα που ακολουθούν δίνονται κάποιες χαρακτηριστικές εικόνες σεισµικών βλαβών σε κρηπιδότοιχους από σεισµούς του διεθνή χώρου. ηµητρίου Ιωάννα 39

48 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Σχήµα 4.1 Παραµόρφωση του εδάφους λόγω ρευστοποίησης σε επίστρωση από άσφαλτο πίσω από κρηπιδότοιχο στο λιµάνι Taichung κατά την διάρκεια του σεισµού του Chi-Chi. Σχήµα 4.2 Βλάβες στις επιστρώσεις των προκυµαίων κατά την διάρκεια του σεισµού του Chi-Chi. Σχήµα 4.3 Καθίζηση πίσω από κρηπιδότοιχο διατοµής κιβωτίου που υπέστη πλευρική µετακίνηση στο λιµάνι Taichung κατά την διάρκεια του σεισµού του Chi-Chi. ηµητρίου Ιωάννα 40

49 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Σχήµα 4.4 Μετακίνηση προς την θάλασσα και κλίση κρηπιδότοιχων στον σεισµό του Kobe. Σχήµα 4.5 Ιδιαίτερα εκτεταµένες καθιζήσεις του επιχώµατος πίσω από κρηπιδότοιχους κατά την διάρκεια του σεισµού του Kobe. Σχήµα 4.6 Ανατροπή και εκτεταµένη κλίση κρηπιδότοιχων κατά την διάρκεια του σεισµού του Kobe ηµητρίου Ιωάννα 41

50 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Σχήµα 4.7 Ιδιαίτερα εκτεταµένες βλάβες στην ποδιά του πεζοδροµίου κρηπιδότοιχων κατά την διάρκεια του σεισµού του Kobe. Σχήµα 4.8 Κατεστραµµένοι κρηπιδότοιχοι στην ναυτική βάση του Golcück κατά την διάρκεια του σεισµού του Kocaeli. Στο σηµείο κρίνεται σκόπιµο να γίνει µια αναλυτική περιγραφή της σεισµικής απόκρισης και των αντίστοιχων απωλειών που καταγράφηκαν σε λιµενικές εγκαταστάσεις κατά την διάρκεια σεισµών του Ελλαδικού χώρου. Μετά τον σεισµό της Καλαµάτας, καταγράφηκε οριζόντια µετακίνηση του κύριου κρηπιδότοιχου του λιµένα περίπου ίση µε 0,15±0,05 m και κλίση 4-5 µοίρες. Το επίχωµα πίσω από τον τοίχο παρουσίασε καθίζηση από 0 έως 20 cm σε απόσταση ίση µε 30 40m, λόγω της µετακίνησης του τοίχου και λόγω της συµπύκνωσης του ίδιου του επιχώµατος που βρισκόταν σε αρκετά χαλαρή αρχική κατάσταση πριν τον σεισµό. Ο ηµητρίου Ιωάννα 42

51 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις κρηπιδότοιχος παρέµεινε σε κατάσταση λειτουργίας τόσο κατά την διάρκεια όσο και µετά τον σεισµό (Pitilakis and Moutsakis, 1989). Ο σεισµός της Λευκάδας (14/08/2003) αποτελεί ένα καλό παράδειγµα των πιθανών σεισµικών βλαβών σε παράκτιες κατασκευές, καθώς υπάρχει ένας µεγάλος αριθµός µικρών λιµενικών εγκαταστάσεων τυπικών για τα ελληνικά νησιά (ΙΤΣΑΚ, 2003). Η µεγάλη ποικιλία του επιπέδου των άµεσων απωλειών γίνεται φανερή από τη συνολική θεώρηση της συµπεριφοράς των εγκαταστάσεων αυτών (από µικρές / µέτριες βλάβες έως εκτεταµένες / καθολικές). Στο λιµάνι της Λευκάδας καθώς και στην περιοχή της Μαρίνας σηµειώθηκαν µικρού έως µέτριου επιπέδου βλάβες. Η ρευστοποίηση (έστω και µερική ) φαίνεται να είναι η κύρια αιτία πρόκλησης των βλαβών κατά την διάρκεια του σεισµού της 14/08/2003 στους κρηπιδότοιχους της Λευκάδας (Κακδέρη και συνεργάτες, 2006). Το γεγονός αυτό επιβεβαιώνεται σε αρκετές περιπτώσεις όπως στην περιοχή της Μαρίνας (λιµένα αναψυχής) και στην οδό Γκολέµη (εµφάνιση κρατήρων άµµου και ανάδυση λεπτόκοκκου υλικού στην επιφάνεια). Επιπλέον, από επιτόπου έρευνα µετά τον σεισµό, καταγράφηκαν σχετικές καθιζήσεις κατά µήκος της παραλιακής ζώνης που κυµαίνονται από 1-40 cm, καθώς και οριζόντιες µετακίνησεις των τοίχων έως 15 cm στο λιµάνι και έως 12 cm στην περιοχή της Μαρίνας. Οι τελευταίες αναφέρονται σε σχετικές µετακινήσεις µεταξύ των κρηπιδότοιχων. Ακολουθούν κάποιες χαρακτηριστικές εικόνες βλαβών σε κρηπιδότοιχους από τον σεισµό της Λευκάδας. ηµητρίου Ιωάννα 43

52 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Σχήµα 4.9 Οριζόντια ολίσθηση κρηπιδότοιχου ίση µε 45cm στο λιµάνι της Βασιλικής στον σεισµό της Λευκάδας. Σχήµα 4.10 Καθίζηση του επιχώµατος ίση µε 20cm πίσω από κρηπιδότοιχο στο λιµάνι της Βασιλικής στον σεισµό της Λευκάδας. Σχήµα 4.11 Καθίζηση του επιχώµατος πίσω από κρηπιδότοιχο και βλάβες στην ποδιά του πεζοδροµίου στην πόλη της Λευκάδας στον σεισµό του Σχήµα 4.12 Καθίζηση επιχώµατος (25cm), ολίσθηση προς την θάλασσα και στροφή κρηπιδότοιχων στην Μαρίνα της Λευκάδας στον σεισµό του Εξοπλισµός Φορτο-εκφόρτωσης Γερανοί Βλάβες σε γερανούς µετά από σεισµούς είναι δυνατό να παρουσιαστούν όχι µόνο λόγω εδαφικής ταλάντωσης, αλλά και εξαιτίας της κίνησης των σιδηροτροχιών έδρασής τους λόγω εδαφικής αστοχίας, µε αποτέλεσµα την κάµψη των ποδιών-στελεχών στήριξης των γερανών. Όταν οι γερανοί ηµητρίου Ιωάννα 44

53 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις δεν βρίσκονται σε λειτουργία συγκρατούνται ή αγκυρώνονται στις σιδηροτροχιές, µε αποτέλεσµα να µην είναι δυνατή η σχετική ταλάντωση ή η ανατροπή τους από τις ράγες. Στην περίπτωση αυτή, υπόκεινται στην δράση αδρανειακών δυνάµεων, όπως συµβαίνει σε όλες τις κατασκευές µε άκαµπτες-σταθερές συνδέσεις στην βάση τους, µε αποτέλεσµα να εµφανίζονται τρωτοί στην αστοχία λόγω κάµψης και την εδαφική ταλάντωση. Ακόµα όµως και στις περιπτώσεις όπου είναι δυνατή η σχετική ταλάντωση ή η ανατροπή των γερανών από τις ράγες τους (για παράδειγµα όταν οι αγκυρώσεις έχουν αστοχήσει ή όταν οι γερανοί βρίσκονται σε λειτουργία), µπορούν να ανατραπούν λόγω ρευστοποίησης του υποκείµενου επιχώµατος ή/και την εκδήλωση διαφορικών καθιζήσεων, ή να αστοχήσουν λόγω κάµψης εξαιτίας της αποκόλλησης του ενός στελέχους έδρασης από το έδαφος (PIANC, 2001). Γερανοί που έχουν ανατραπεί είναι δυνατό να προκαλέσουν βλάβες σε γειτονικές κατασκευές και άλλες εγκαταστάσεις. Τέλος, είναι δυνατή η απώλεια της λειτουργικότητας των γερανών λόγω καθίζησης ή/και οριζόντιας µετακίνησης των σιδηροτροχιών τους σε περίπτωση ρευστοποίησης των υποκείµενων εδαφικών στρώσεων, όπως συνέβη για παράδειγµα στο λιµάνι του Oakland κατά την διάρκεια του σεισµού της Loma Prieta καθώς, στο λιµάνι της Derince στο σεισµό του Kocaeli και στο λιµάνι του Kobe στο σεισµό του Great Hanshin Awaji. Απώλεια της ευθυγράµµισης των σιδηροτροχιών µπορεί να προκαλέσει βλάβες στους τροχούς και ακινητοποίηση των γερανών (ATC-25). Ο χρόνος διακοπής της λειτουργίας των γερανών κυµαίνεται από µερικές µέρες (σε περιπτώσεις απλού εκτροχιασµού τους) έως και αρκετούς µήνες σε περιπτώσεις εκδήλωσης πιο σοβαρών απωλειών λόγω σεισµού. ηµητρίου Ιωάννα 45

54 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις Σχήµα 4.13 Η θεµελίωση σιδηροτροχιών έδρασης του γερανού υπέστη πλευρική µετακίνηση προς την θάλασσα και σηµειώθηκε καθίζηση του εδάφους µεταξύ των σιδηροτροχιών (Σεισµός του Kobe, Rokko Island). Σχήµα 4.14 Πλήρης κατάρρευση γερανού. Οι άλλοι γερανοί υπέστησαν διάφορα είδη αστοχιών όπως πλαστικές αρθρώσεις και λυγισµός των µελών τους (Σεισµός του Kobe, Rokko Island). Σχήµα 4.15 Βλάβες σε γερανούς κατά την διάρκεια του σεισµού του Kobe. Σχήµα 4.16 Σηµαντικές αποθέσεις άµµου στην επιφάνεια του οδοστρώµατος κοντά στους γερανούς των εµπορευµατοκιβωτίων. (Σεισµός του Kobe, Port Island). ηµητρίου Ιωάννα 46

55 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις ίκτυα κοινής ωφελείας Τα δίκτυα κοινής ωφελείας που βρίσκονται εντός των λιµενικών εγκαταστάσεων διαδραµατίζουν ιδιαίτερα σηµαντικό ρόλο στην εξασφάλιση της οµαλής λειτουργίας ενός λιµένα, όχι µόνο σε περίοδο κανονικής λειτουργίας του, αλλά και σε περιόδους κρίσης και αποκατάστασης µετά την εκδήλωση ενός σεισµικού γεγονότος, µε την µεγαλύτερη βαρύτητα να δίνεται στα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, ύδρευσης και τηλεπικοινωνιών. Πιθανή διακοπή της παροχής ηλεκτρικής ενέργειας είναι δυνατό να περιορίσει τις λειτουργίες σε µεγάλο βαθµό καθώς οι γερανοί και τα λοιπά στοιχεία του εξοπλισµού διαχείρισης φορτίου είναι συνήθως ηλεκτροκινούµενα. Επιπλέον, σηµαντικές είναι οι επιπτώσεις και στην λειτουργία των πυλών του λιµένα και του δικτύου πληροφοριών. Παρ όλα αυτά σε προηγούµενες περιπτώσεις, όπως για παράδειγµα στον σεισµό της Loma Prieta, η παροχή της ηλεκτρικής ενέργειας αποκαταστάθηκε µέσα σε 12 ώρες από την εκδήλωση του σεισµικού γεγονότος, ενώ η τοποθέτηση εναλλακτικών πηγών ενέργειας αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση του χρονικού διαστήµατος που διαρκεί η διακοπή και την αποφυγή της εκτροπής των πλοίων από το λιµάνι. Οι αγωγοί του δικτύου ύδρευσης χρησιµοποιούνται εκτός των άλλων για παροχή ύδατος στα πλοία και τις κτιριακές εγκαταστάσεις αλλά και για την πυρόσβεση. Βλάβη στο δίκτυο ύδρευσης µπορεί να οδηγήσει σε µείωση της ικανότητας πυρόσβεσης του λιµένα αλλά και να συµπαρασύρει το λεπτόκοκκο υλικό της επίχωσης όπου είναι τοποθετηµένοι οι αγωγοί, µε συνεπακόλουθες επιπτώσεις στην κατάσταση της λειτουργικότητας των υπερκείµενων προαύλιων χώρων. Έχουν σηµειωθεί αστοχίες αγωγών που διέρχονται κατά µήκος παράκτιων λιµενικών εγκαταστάσεων που υπέστησαν βλάβες. Η αποκατάσταση του δικτύου ύδρευσης µπορεί να διαρκέσει από µερικές ώρες έως και αρκετές εβδοµάδες, αλλά δεν είναι σε θέση να προκαλέσει άµεση διακοπή των λειτουργιών φορτοεκφόρτωσης. Στην περίπτωση βλάβης στο δίκτυο τηλεπικοινωνιών, συνήθως ήταν δυνατή η αποκατάσταση του συστήµατος µέσα σε 12 ώρες ή η χρήση ασύρµατων ηµητρίου Ιωάννα 47

56 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις συστηµάτων για την κάλυψη των πιο σηµαντικών λειτουργιών (Pachakis and Kiremidjian, 2004). Τέλος, απώλειες είναι δυνατό να σηµειωθούν σε δεξαµενές αποθήκευσης καυσίµων µε αποτέλεσµα την διαρροή του αποθηκευόµενου υλικού στο νερό και τον κίνδυνο εκδήλωσης πυρκαγιών. Θραύση των αγωγών σύνδεσης των δεξαµενών µε τις προβλήτες συχνά προκαλείται λόγω εδαφικής αστοχίας (ATC-25) Μεταφορικά δίκτυα Οδικό δίκτυο (δρόµοι και γέφυρες) Σιδηροδροµικό δίκτυο Αµέσως µετά την εκδήλωση ενός σεισµικού γεγονότος υπάρχει αυξηµένη χρήση του οδικού δικτύου από και προς το λιµάνι καθώς και του σιδηροδροµικού δικτύου για την κάλυψη αναγκών πυρόσβεσης, την παροχή πρώτων βοηθειών ή την αποµάκρυνση ερειπίων και την µεταφορά των απαραίτητων υλικών για τις εργασίες αποκατάστασης. Αυτή η αύξηση της ζήτησης σε συνδυασµό µε την εκδήλωση σηµαντικού βαθµού βλάβης στους γειτονικούς δρόµους µπορεί να οδηγήσει σε µείωση της ικανότητας του λιµένα για προώθηση του φορτίου στο εσωτερικό της χώρας και εποµένως επιβράδυνση των λειτουργιών του για κάποιο χρονικό διάστηµα έως ότου η λειτουργικότητα των δρόµων αποκατασταθεί Κτιριακές εγκαταστάσεις Οι βλάβες που είναι δυνατό να παρουσιαστούν στις κτιριακές εγκαταστάσεις συµπεριλαµβανοµένων και των στεγασµένων αποθηκευτικών χώρων σχετίζονται µε τις κλασσικές µορφές αστοχίας των κτιριακών εγκαταστάσεων, λόγω εδαφικής ταλάντωσης ή/και εδαφικής αστοχίας (ATC-25). Επιπλέον, σηµαντικές απώλειες σε κτίρια και αποθήκες που βρίσκονται σε προκυµαίες είναι δυνατό να προκληθούν λόγω της αστοχίας των τελευταίων, όπως συνέβη για παράδειγµα στο ηµητρίου Ιωάννα 48

57 Κεφάλαιο 4ο Αστοχίες από προηγούµενους σεισµούς Αιτίες Επιπτώσεις λιµάνι του San Francisco και στο λιµάνι του Oakland κατά την διάρκεια του σεισµού της Loma Prieta ή στο Kobe κατά τον αντίστοιχο σεισµό. -Εγκαταστάσεις αποθήκευσης σε ανοικτό χώρο Στους σταθµούς εµπορευµατοκιβωτίων χρησιµοποιούνται συνήθως υπαίθριοι χώροι (κατά κανόνα πλακόστρωτοι) για την αποθήκευση των φορτίων και του εξοπλισµού διαχείρισής τους. Συνηθισµένες µορφές αστοχίας είναι η εκδήλωση διαφορικών καθιζήσεων, κρατήρων άµµου και ρηγµατώσεων σε περίπτωση κατασκευής τους σε επιχώµατα µε ρευστοποιήσιµους εδαφικούς σχηµατισµούς. Παρ όλα αυτά, τα περισσότερα από τα στοιχεία του εξοπλισµού διαχείρισης των εµπορευµατοκιβωτίων συνήθως εξακολουθούν να λειτουργούν, µε αποτέλεσµα να µην δυσχεραίνεται σε σηµαντικό βαθµό η οµαλή λειτουργία του λιµένα. -Εγκαταστάσεις αποθήκευσης καυσίµων Σε περιπτώσεις αστοχίας δεξαµενών αποθήκευσης καυσίµων και πιθανής διαρροής του αποθηκευόµενου υλικού, ο κίνδυνος εκδήλωσης πυρκαγιάς είναι µεγάλος. Κάτι τέτοιο είναι δυνατό να επιφέρει σηµαντικές επιπτώσεις στην λειτουργικότητα των λιµενικών εγκαταστάσεων. ηµητρίου Ιωάννα 49

58 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας δικτύων 5.1 Εισαγωγή Στόχος της παρούσας εργασίας αποτελεί η ανάπτυξη µεθοδολογίας για την αποτίµηση της σεισµικής τρωτότητας των επιµέρους στοιχείων των συγκοινωνιακών δικτύων, δηλαδή του οδικού και σιδηροδροµικού δικτύου, καθώς και του αεροδροµίου και των λιµενικών εγκαταστάσεων. Η προτεινόµενη µεθοδολογία ακολουθεί την τυπολογική κατηγοριοποίηση και ταξινόµηση των συνιστωσών, καθώς τα τυπολογικά χαρακτηριστικά της κάθε κατασκευής καθορίζουν σε σηµαντικό βαθµό το επίπεδο της σεισµικής συµπεριφοράς της για ένα ορισµένο επίπεδο σεισµικής έντασης. ηµητρίου Ιωάννα 50

59 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων 5.2 Παρουσίαση των υπαρχουσών µεθοδολογιών Στα πλαίσια αυτής της ενότητας πραγµατοποιήθηκε εκτενής ανασκόπηση των µεθοδολογιών, για την αποτίµηση της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων, της διεθνούς βιβλιογραφίας. Συγκεκριµένα, συλλέχθηκαν στοιχεία και αποτιµήθηκαν βασικά σηµεία των υπαρχουσών µεθοδολογιών προκειµένου να εντοπιστούν οι αβεβαιότητες και τα ευαίσθητα σηµεία τους που χρήζουν περαιτέρω έρευνας. Σε όλες τις µεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν, το επίπεδο της έρευνας εξαρτήθηκε άµεσα από τις ανάγκες των τελικών αποδεκτών και το στόχο της µελέτης (έρευνα, σχέδια έκτακτης ανάγκης, ασφαλιστικές εταιρίες, προσεισµικός έλεγχος) για την ποσοτικοποίηση του επιπέδου του κινδύνου και τελικά την ορθολογικότερη στρατηγική αποκατάστασης. Μια ολοκληρωµένη µεθοδολογία υπολογισµού διακινδύνευσης από σεισµό (καθώς και άλλου είδους φυσικές καταστροφές όπως πληµµύρες, τυφώνες κτλ) έχει αναπτυχθεί στις Η.Π.Α από την FEMA (Federal Emergency Management Agency) και έχει ενσωµατωθεί στο λογισµικό HAZUS 04 (NIBS, 2004), το οποίο βασίζεται στην χρήση Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών (GIS). Το τελευταίο αποτελεί την τελευταία εξέλιξη των σχετικών µεθοδολογιών σεισµικής διακινδύνευσης ενώ παράλληλα είναι άµεσα εφαρµόσιµο µε αποδειγµένη αξιοπιστία διεθνώς. Το HAZUS 2004 έχει αποτελέσει τη βασικότερη ίσως µεθοδολογική πηγή λόγω της ενιαίας εξέτασης της σεισµικής τρωτότητας του συνόλου των δικτύων κοινής ωφελείας και υποδοµών καθώς και των επιµέρους συνιστωσών τους. Γενικά όλες οι µεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν διεθνώς, ήδη από το 1978 κυρίως στις ΗΠΑ και στην Ιαπωνία, έχουν αρκετές αβεβαιότητες, σε επίπεδο συλλογής στοιχείων, αποτίµησης σεισµικού φορτίου, σχέσεων τρωτότητας, ορισµού του επιπέδου αστοχίας και εκτίµησης του οικονοµικού κόστους σε ένα πολυδιάστατο και πολύπλοκο αστικό περιβάλλον. ηµητρίου Ιωάννα 51

60 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Συγκεκριµένα, οι αβεβαιότητες στη συλλογή στοιχείων διακρίνονται σε αυτές που σχετίζονται µε την αποτύπωση και περιγραφή των στοιχείων των δικτύων και εγκαταστάσεων µε στόχο την αποτίµηση της συµπεριφοράς τους σε σεισµική δράση ή µε την ελλιπή περιγραφή των στοιχείων που αστόχησαν σε σεισµούς του παρελθόντος. Οι αβεβαιότητες που σχετίζονται µε το σεισµικό φορτίο εντοπίζονται στην εκτίµηση των παραµέτρων της ισχυρής εδαφικής κίνησης, αφού συχνά χρησιµοποιούνται σχέσεις εξασθένησης που αγνοούν την τοπογραφία της περιοχής και τις τοπικές εδαφικές συνθήκες, και αντιµετωπίζονται µε την επιλογή πολλαπλών σεισµικών φορτίων. Οι αβεβαιότητες των σχέσεων τρωτότητας συνδέονται µε τον τρόπο που αυτές προέκυψαν. Συγκεκριµένα υπάρχουν οι ακόλουθες τέσσερις προσεγγίσεις: - Εµπειρικές µέθοδοι βασισµένες σε στατιστική επεξεργασία πραγµατικών δεδοµένων (empirical models) Στην προσέγγιση αυτή χρησιµοποιούνται δεδοµένα βλαβών που παρατηρήθηκαν σε προηγούµενους σεισµούς, κυρίως στις Ηνωµένες Πολιτείες και την Ιαπωνία, προκειµένου να εκτιµηθούν καµπύλες τρωτότητας ύστερα από στατιστική επεξεργασία. Οι καµπύλες τρωτότητας αποτελούν την απεικόνιση της αθροιστικής συνάρτησης κατανοµής της πιθανότητας υπέρβασης ενός συγκεκριµένου επιπέδου βλάβης για µια δεδοµένη σεισµική ένταση. Συνήθως αναφέρονται σε διαφορετικές κατηγορίες κατασκευών, οι οποίες καθορίζονται µε βάση την τυπολογία τους, καθώς γίνεται η παραδοχή πως κατασκευές µε παρόµοια χαρακτηριστικά θα παρουσιάσουν παρόµοια συµπεριφορά για την ίδια σεισµική δράση. Παράλληλα, οι εµπειρικές µέθοδοι που βασίζονται σε πραγµατικά δεδοµένα αστοχιών από προηγούµενους σεισµούς, επηρεάζονται σηµαντικά από την αξιοπιστία των πληροφοριών που συλλέχθηκαν. ηµητρίου Ιωάννα 52

61 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων - Μέθοδοι βασισµένες στην κρίση του µηχανικού (expert judgment models) Πρόκειται για έναν εναλλακτικό τρόπο προεκτίµησης της σεισµικής συµπεριφοράς κατασκευών διαφορετικής τυπολογίας, όπου αντί των (ελλειπόντων) στατιστικών δεδοµένων, χρησιµοποιείται η εµπειρία. Βασίζεται στην στατιστική επεξεργασία της (ποσοτικοποιηµένης) «κρίσης» έµπειρων µηχανικών για τη συµπεριφορά της κατασκευής, µε αποτέλεσµα τη δηµιουργία µητρώων πιθανότητας βλάβης που οδηγούν στον προσδιορισµό καµπυλών τρωτότητας για κάθε κατηγορία. Η υποκειµενικότητα της γνώµης είναι το βασικό µειονέκτηµα της µεθόδου. - Μέθοδοι βασισµένες σε δείκτες τρωτότητας (vulnerability indices) Στοχεύουν σε µια προκαταρκτική κατάταξη (σε σχέση µε την τρωτότητα) των υπό µελέτη στοιχείων η οποία πραγµατοποιείται βαθµολογώντας κατάλληλα τα κύρια χαρακτηριστικά που επηρεάζουν τη σεισµική τους συµπεριφορά. Η κατάταξη των κατασκευών ως προς τη σεισµική τους τρωτότητα γίνεται προσθέτοντας τις βαθµολογίες που έχουν δοθεί σε κάθε κατηγορία παραµέτρων, εξάγοντας έτσι έναν συνολικό δείκτη τρωτότητας της κατασκευής, ενώ συχνά χρησιµοποιούνται συντελεστές βαρύτητας ώστε να συνυπολογιστεί η σηµασία της κάθε παραµέτρου. Η υποκειµενικότητα της γνώµης είναι το βασικό µειονέκτηµα της µεθόδου. - Αναλυτικές µέθοδοι (structural models) Η σεισµική συµπεριφορά κατασκευών και εποµένως η σεισµική τους τρωτότητα είναι δυνατό να εκτιµηθεί µε τη βοήθεια αναλυτικών µοντέλων, από τα οποία, µέσω κατάλληλης συσχέτισης των υπολογιζόµενων µεγεθών απόκρισης µε το βαθµό βλάβης, µπορούν να προκύψουν καµπύλες τρωτότητας. Τα µοντέλα αυτά µπορεί να είναι είτε απλά είτε περισσότερα σύνθετα. Η έννοια της αστοχίας ορίζεται πολλαπλώς και µεταβάλλεται σηµαντικά ανάλογα µε το είδος του δικτύου, την περίοδο λειτουργίας του (κανονική, περίοδος κρίσης, περίοδος αποκατάστασης) και το στοιχείο που ηµητρίου Ιωάννα 53

62 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων µελετάται. Η αποτίµηση της είναι αιτιοκρατική ή πιθανοτική. Αιτιοκρατικά, η αστοχία διακρίνεται σε διάφορα επίπεδα βλάβης που µπορούν να συσχετιστούν ποιοτικά µέσω άµεσων σχέσεων, µέσω πινάκων ή τύπων µε: - Την λειτουργικότητα (δυαδική-λογική: ναι ή όχι). - Την πιθανότητα αστοχίας (συνήθως µεταξύ 0 και 1 ή 100%). - Το επίπεδο εξυπηρετικότητας (συνήθως µεταξύ 0 και 1 ή 100%). - Το κόστος αποκατάστασης (συνήθως µεταξύ 0 και 1 ή 100%). - Την δυνατότητα άµεσης χρήσης χωρίς επιδιορθώσεις, µε επιδιορθώσεις ή µε αντικατάσταση. - Συγκεκριµένες καταστάσεις αστοχίας (µικρή, µεσαία, εκτεταµένη βλάβη, ολοκληρωτική καταστροφή). - Τον αριθµό επισκευών ανά km (R.R/km ειδικά για αγωγούς). Η πιθανοτική προσέγγιση της αστοχίας προϋποθέτει την χρήση σειρών Taylor, τη χρήση µεθόδων αριθµητικής ανάλυσης, τη χρήση της λογικής Monte- Carlo κ.λ.π. 5.3 Γενική µεθοδολογία Η γενική µεθοδολογία αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας δικτύων κοινής ωφελείας και υποδοµών σε πολεοδοµικά συγκροτήµατα φαίνεται στο σχήµα 5.1. Η εκτίµηση του αναµενόµενου επιπέδου των απωλειών για τις επιµέρους συνιστώσες αποτελεί το στάδιο της τρωτότητας των υπό µελέτη στοιχείων. Σε πρώτο στάδιο γίνεται συγκέντρωση στοιχείων σχετικών µε το είδος και την έκταση των αστοχιών που παρατηρήθηκαν σε συνιστώσες των δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδοµών ύστερα από σεισµούς σε διεθνές, ευρωπαϊκό και ελληνικό επίπεδο, προκειµένου να κατανοηθεί η απόκριση τους έναντι των σεισµών και να προσδιοριστούν τα επίπεδα βλάβης που αναµένεται να παρουσιασθούν. Στις ΗΠΑ και στην Ιαπωνία τα τελευταία χρόνια η καταγραφή των αστοχιών είναι πιο συστηµατική ηµητρίου Ιωάννα 54

63 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων τόσο λόγω των πιο καταστροφικών σεισµών που σηµειώθηκαν εκεί όσο και της µεγαλύτερης ανάπτυξης του κλάδου της γεωτεχνικής σεισµικής µηχανικής δικτύων κοινής ωφέλειας στις συγκεκριµένες χώρες. Στον ευρωπαϊκό χώρο, η ύπαρξη βάσεων δεδοµένων σεισµικών βλαβών σε δίκτυα κοινής ωφελείας είναι ιδιαίτερα περιορισµένη, ενώ στον ελληνικό χώρο οι καταγραφές αστοχιών σε δίκτυα κοινής ωφέλειας περιορίζονται σε παρατηρήσεις γενικού χαρακτήρα, είτε λόγω έλλειψης σχετικών αρχείων στις αρµόδιες υπηρεσίες είτε λόγω ανυπαρξίας σοβαρών ζηµιών στους µέχρι τώρα σεισµούς. Ο πρόσφατος σεισµός της Λευκάδας (2003) αποτέλεσε την ουσιαστικά πρώτη πολύτιµη πηγή πληροφοριών για συγκεκριµένες συνιστώσες δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδοµών (π.χ. αγωγοί, κρηπιδότοιχοι). ΑΠΟΓΡΑΦΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΠΙΚΙΝ ΥΝΟΤΗΤΑ Σεισµικότητα, µοντέλα σεισµικών πηγών, σχέσεις Πληθυσµός, χρήσεις γης, κοινωνικο-οικονοµική δραστηριότητα, δόµηση, κ.τ.λ ΑΝΑΛΥΣΗ ΟΛΙΚΗΣ ΑΞΙΑΣ των δικτύων ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ των δικτύων (αρχικό δίκτυο) ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑΣ των δικτύων (δίκτυο µε βλάβες) Κατασκευαστικά χαρακτηριστικά ΤΥΠΟΛΟΓΙΑ των στοιχείων των δικτύων ΤΡΩΤΟΤΗΤΑ Καµπύλες τρωτότητας ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ Κατανοµή βλαβών ΑΠΩΛΕΙΕΣ (ανθρώπινες, υλικές, άυλες) ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ (Άµεσες, έµµεσες) ΣΕΙΣΜΙΚΑ ΣΕΝΑΡΙΑ 100, 475, 1000χρόνια ΜΙΚΡΟΖΩΝΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ - Τοπικές εδαφικές συνθήκες - Εδαφική ταλάντωση - Ρευστοποίηση - Κατολισθήσεις - Γειτνίαση µε ρήγµα Παράµετροι της σεισµικής εδαφικής κίνησης -Εδαφική ταλάντωση -Μόνιµες µετακινήσεις ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΕΙΣ ΣΤΡΑΤΗΓΙΚΕΣ ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΚΡΙΣΗΣ Σχήµα 5.1: Γενικό σχήµα εφαρµοζόµενης µεθοδολογίας (SRM-LIFE, ). Μετά την συλλογή στοιχείων σεισµικών βλαβών και την κατανόηση της σεισµικής απόκρισης των επιµέρους συνιστωσών, προσδιορίζονται τα ηµητρίου Ιωάννα 55

64 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων επίπεδα αστοχίας για την κάθε συνιστώσα µε βάση την διεθνή πρακτική, τα στοιχεία που έχουν συγκεντρωθεί για τις βλάβες σε δίκτυα και υποδοµές τόσο στην Ελλάδα όσο και στο εξωτερικό, αλλά και τα τυπολογικά χαρακτηριστικά της κάθε συνιστώσας. Στη συνέχεια γίνεται προσπάθεια, µε τη συµβολή των αρµόδιων φορέων για το κάθε δίκτυο, αντιστοίχισης των επιπέδων δοµικής βλάβης της κάθε συνιστώσας µε την εξυπηρετικότητα ή την λειτουργικότητα. Σε δεύτερη φάση πραγµατοποιείται η βιβλιογραφική ανασκόπηση των µεθόδων αποτίµησης της τρωτότητας (εµπερικών, αναλυτικών κτλ) για το σύνολο των συνιστωσών των υπό µελέτη δικτύων κοινής ωφελείας και κτιρίων στρατηγικής σηµασίας. Βασικό παράγοντα για την αξιολόγηση των υπαρχουσών µεθόδων, µε σκοπό την κατά το δυνατό αξιόπιστη αποτίµηση των άµεσων και έµµεσων απωλειών, αποτελεί η ύπαρξη δεδοµένων αστοχιών από σεισµούς του ελλαδικού χώρου. Ο έλεγχος της αξιοπιστίας των µεθόδων στηρίζεται στην σύγκριση των αποτελεσµάτων από την εφαρµογή τους µε τις πραγµατικές αστοχίες, γεγονός που επιτρέπει την αξιολόγηση των διαφόρων µεθόδων και την αποδοχή (πιθανόν µετά από κάποιες τροποποιήσεις) ή την απόρριψή τους. Σε περίπτωση ανυπαρξίας δεδοµένων αστοχιών από σεισµούς του ελλαδικού χώρου, πραγµατοποιείται η κριτική αξιολόγηση των υπαρχουσών µεθόδων για τις επιµέρους συνιστώσες. Οι βασικότεροι παράγοντες που πρέπει να λαµβάνονται υπόψη είναι η χρηστικότητα των µεθόδων µε βάση την πολυπλοκότητα και την εφαρµοσιµότητά τους, οι υπεισερχόµενες αβεβαιότητες (π.χ. τυπολογίας, βάσης δεδοµένων κτλ), καθώς και η αποδοχή των µεθόδων από την διεθνή επιστηµονική κοινότητα. Η κριτική αξιολόγηση των µεθόδων ακολουθείται από την εφαρµογή σε τµήµατα δικτύων των πιο αξιόπιστων από αυτές µε βάση τα παραπάνω κριτήρια και την αξιολόγηση των εξαγόµενων αποτελεσµάτων. Τέλος, τονίζεται το γεγονός ότι στην πλεοψηφία των περιπτώσεων, η αποτίµηση της σεισµικής τρωτότητας γίνεται µέσω κατάλληλων ηµητρίου Ιωάννα 56

65 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων καµπυλών συναρτήσεων αστοχίας, καθώς ο τρόπος αυτός αποτελεί την πιο ενδεδειγµένη προσέγγιση που δίνει τη δυνατότητα αυτοµατοποιηµένης εφαρµογής µέσω των Γεωγραφικών Συστηµάτων Πληροφοριών (GIS) και την χωρική απεικόνιση των αποτελεσµάτων. Παράλληλα, οι καµπύλες αποτελούν ένα εργαλείο εύχρηστο που δεν απαιτεί µεγάλο όγκο δεδοµένων για την εφαρµογή του ενώ περιγράφει εποπτικά το αναµενόµενο επίπεδο αστοχίας. Μέσω των καµπύλων τρωτότητας προσδιορίζεται η πιθανότητα υπέρβασης συγκεκριµένων επιπέδων βλάβης για ένα στοιχείο του δικτύου που υπόκειται σε δεδοµένη σεισµική διέγερση (για διαφορετικά σεισµικά σενάρια) αποτελώντας έτσι ένα µέτρο της επιτελεστικότητας σε πιθανοτικούς όρους. Σε ορισµένες περιπτώσεις, η τρωτότητα µπορεί να εκφραστεί µέσω της αντίστοιχης συνάρτησης αστοχίας που συνδέεται µε την ισχυρή εδαφική κίνηση, από την οποία και προκύπτουν οι αναµενόµενες σεισµικές αστοχίες. Η απόκριση κάθε συνιστώσας των δικτύων συνδέεται άµεσα µε τη σεισµική διέγερση µέσω της κορυφαίας τιµής της εδαφικής επιτάχυνσης, ταχύτητας, µετακίνησης, των αντίστοιχων φασµατικών τιµών τους σε συγκεκριµένες περιόδους ή του µεγέθους της µόνιµης εδαφικής µετακίνησης (λόγω µόνιµων παραµορφώσεων του εδάφους, ρευστοποίησης ή κατολισθήσεων). Με τον τρόπο αυτό λαµβάνεται υπόψη η πλέον κρίσιµη παράµετρος της εδαφικής κίνησης για τον καθορισµό του επιπέδου αστοχίας. Επιπλέον, η διάκριση της αστοχίας σε διαφορετικά επίπεδα που περιγράφονται τόσο εµπειρικά όσο και µε κριτήρια λειτουργικότητας ή εξυπηρετικότητας και η πιθανοτική µορφή των αποτελεσµάτων εξυπηρετεί αφενός την εκτίµηση των επιδράσεων που θα έχουν οι συγκεκριµένες βλάβες της κάθε συνιστώσας στη λειτουργία του δικτύου και αφετέρου την ορθολογική διαχείριση του σεισµικού κινδύνου από αρµόδιους φορείς διαχείρισης κρίσεων, από µηχανικούς αλλά και από ασφαλιστικές εταιρείες. ηµητρίου Ιωάννα 57

66 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Οι συναρτήσεις τρωτότητας δίνουν την πιθανότητα για το υπό εξέταση στοιχείο να βρίσκεται ή να έχει υπερβεί ένα δεδοµένο επίπεδο βλάβης κάτω από την επίδραση µιας σεισµικής διέγερσης συγκεκριµένης έντασης. Η τελευταία παράµετρος µπορεί να εκφράζεται µε την µέγιστη τιµή της εδαφικής επιτάχυνσης, ταχύτητας ή µετακίνσης ή τις φασµατικές τους τιµές ή την µόνιµη εδαφική µετακίνηση. Οι καµπύλες τρωτότητας συχνά εκφράζονται ως λογαριθµοκανονικές συναρτήσεις σωρευτικής κατανοµής δύο παραµέτρων (µέση τιµή και διασπορά β) για κάθε επίπεδο βλάβης. Θεωρώντας για παράδειγµα µια καµπύλη τρωτότητας µιας κτιριακής κατασκευής συναρτήσει της φασµατικής µετακίνησης Sd, αυτή εκφράζεται για ένα συγκεκριµένο επίπεδο βλάβης από τον τύπο: P [ dssd] 1 S = Φ ln β ds S d d, ds όπου: S d,ds είναι η µέση τιµή της φασµατικής µετακίνησης στην οποία το κτίριο εισέρχεται στο επίπεδο βλάβης, ds, βds είναι η τυπική απόκλιση του φυσικού λογαρίθµου της φασµατικής µετακίνησης για το επίπεδο βλάβης, ds, και Φ είναι η τυπική κανονική σωρευτική συνάρτηση κατανοµής. Η ίδια λογική ισχύει για όλες τις λογαριθµοκανονικές καµπύλες τρωτότητας. Η παρακάτω ενότητα αναφέρεται στην τρωτότητα των λιµενικών εγκαταστάσεων. Στην αρχή γίνεται µια σύντοµη ανασκόπηση µεθόδων, εφόσον υπάρχουν, που αναφέρονται στην αποτίµηση της σεισµικής διακινδύνευσης των συγκεκριµένων δικτύων. Στη συνέχεια, επιχειρείται η κατηγοριοποίηση των επιµέρους συνιστωσών τους, ενώ δίνονται ορισµένες χαρακτηριστικές φωτογραφίες. Επίσης περιγράφονται οι διάφορες παράµετροι καθορισµού των επιπέδων βλάβης µε βάση την διεθνή βιβλιογραφία. Τέλος, ορίζονται και περιγράφονται τα επίπεδα βλάβης που περιλαµβάνονται στις προτεινόµενες καµπύλες τρωτότητας. ηµητρίου Ιωάννα 58

67 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Ακολουθεί µια συνοπτική ανασκόπηση µεθόδων εκτίµησης της τρωτότητας για την κάθε συνιστώσα ξεχωριστά. Τελικά δίνονται οι προτεινόµενες στα πλαίσια του έργου καµπύλες ή σχέσεις τρωτότητας, σύµφωνα µε την τυπολογική κατηγοριοποίηση που περιγράφτηκε σε προηγούµενο κεφάλαιο. 5.4 Λιµενικές εγκαταστάσεις Επισκόπηση µεθοδολογιών αποτίµησης σεισµικής διακινδύνευσης λιµενικών εγκαταστάσεων Μια από τις πλέον ολοκληρωµένες µεθοδολογίες αποτίµησης της διακινδύνευσης από σεισµό (καθώς και από άλλου είδους φυσικές καταστροφές όπως πληµµύρες, τυφώνες κτλ) που περιλαµβάνει και µεθόδους αποτίµησης της σεισµικής διακινδύνευσης λιµενικών εγκαταστάσεων είναι αυτή που αναπτύχθηκε από την FEMA (Federal Emergency Management Agency) και έχει ενσωµατωθεί στο λογισµικό HAZUS 04 (NIBS, 2004). Το HAZUS 04 προτείνει εµπειρικές καµπύλες τρωτότητας για τις παράκτιες κατασκευές (αποβάθρες, κρηπιδώµατα, προβλήτες) και τους γερανούς και τον εξοπλισµό φορτο-εκφόρτωσης. Ορίζονται διαφορετικά επίπεδα βλάβης (δηλαδή µικρές, µέτριες, εκτεταµένες ή καθολικές βλάβες) που περιγράφουν το βαθµό της βλάβης σε κάθε µια από τις επιµέρους συνιστώσες των εγκαταστάσεων ενός λιµένα. Οι τελευταίες σχετίζονται µε τον κλασµατικό λόγο βλάβης (damage ratio) (δηλαδή τον λόγο του κόστους επιδιορθώσεων προς το κόστος αντικατάστασης) για την αποτίµηση των άµεσων οικονοµικών απωλειών. Σύµφωνα µε το HAZUS 04, τα επίπεδα βλάβης προσδιορίζονται µε βάση την µόνιµη εδαφική µετακίνηση (PGD) για τις παράκτιες κατασκευές, ενώ για τους γερανούς και τον εξοπλισµό φορτοεκφόρτωσης καθορίζονται σε όρους µέγιστων τιµών εδαφικής επιτάχυνσης και µόνιµων εδαφικών µετακινήσεων. ηµητρίου Ιωάννα 59

68 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Οι Pachakis and Kiremidjian, 2003 πρότειναν µια µεθοδολογία αποτίµησης της τρωτότητας λιµενικών εγκαταστάσεων. Το προτεινόµενο µοντέλο στοχεύει στην αποτίµηση των άµεσων-φυσικών απωλειών, καθώς και στον υπολογισµό των οικονοµικών απωλειών λόγω διακοπής της λειτουργίας των λιµένων για την ολοκλήρωση τυχόν εργασιών αποκατάστασης. Η εκτίµηση των οικονοµικών απωλειών γίνεται βάσει στοιχείων από τις ΗΠΑ. Οι οικονοµικές απώλειες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: απώλειες λόγω των άµεσων βλαβών των λιµενικών εγκαταστάσεων (άµεσες απώλειες) και απώλειες εσόδων λόγω της διακοπής ή µείωσης της λειτουργικότητας των εγκαταστάσεων αυτών για όσο χρονικό διάστηµα διαρκούν οι επισκευές (έµµεσες απώλειες). Η προτεινόµενη µεθοδολογία προϋποθέτει συγκεκριµένα σεισµικά σενάρια µε γνωστά αναµενόµενα χαρακτηριστικά. Ο υπολογισµός των οικονοµικών απωλειών στηρίζεται σε δύο αλληλοσχετιζόµενες συνιστώσες: µια µέθοδο για την αποτίµηση του επιπέδου βλάβης των λιµενικών εγκαταστάσεων µετά την εκδήλωση ενός σεισµικού γεγονότος (µοντέλο τρωτότητας) και µια µέθοδο για την συσχέτιση του επιπέδου βλάβης µε τις απώλειες σε χρηµατικούς όρους. Η παρούσα µεθοδολογία στηρίζεται στην χρήση των υπαρχουσών καµπυλών τρωτότητας που προτείνονται από το HAZUS 99 για τον προσδιορισµό του επιπέδου βλάβης. Οι Werner, Taylor and Ferritto, 1999 πρότειναν µια µέθοδο σχεδιασµού για την µείωση της σεισµικής επικινδυνότητας των λιµενικών εγκαταστάσεων. Ο σχεδιασµός των λιµενικών εγκαταστάσεων µε σκοπό την µείωση της σεισµικής τους διακινδύνευσης συχνά εξαρτάται από το συγκεκριµένο λειτουργικό, οικονοµικό και πολιτικό περιβάλλον στο οποίο λειτουργεί ένας λιµένας. Η συγκεκριµένη µεθοδολογία στηρίζεται στην έννοια του «αποδεκτού σεισµικού κινδύνου» για την αξιολόγηση των παραπάνω παραγόντων και την τελική επιλογή της µεθόδου σχεδιασµού. Στηρίζεται στην θεώρηση πολλαπλών σεισµικών σεναρίων καθώς και στην χρήση τυχαίων επαναλήψεων µέσω της µεθόδου Monte Carlo, για την ανάπτυξη ενός πιθανολογικού πλαισίου (µε βάση τον σεισµικό κίνδυνο) ηµητρίου Ιωάννα 60

69 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων θεώρησης των αβεβαιοτήτων που υπεισέρχονται στις διαφορετικές παραµέτρους. Τέλος, αναφέρεται στο σηµείο αυτό το γεγονός ότι το λιµάνι του Los Angeles έχει αναπτύξει και πρόσφατα αναβαθµίσει οδηγίες για τον αντισεισµικό σχεδιασµό καινούργιων λιµενικών έργων αλλά και την ενίσχυση υπαρχουσών κατασκευών (Yin et al., 2003). Σύµφωνα µε τις οδηγίες αυτές, οι προβλήτες από σκυρόδεµα θα πρέπει να σχεδιάζονται σύµφωνα µε δύο σεισµικά κριτήρια: - Σεισµός Επιπέδου Λειτουργικότητας (Operating Level Earthquake - OLE) Κριτήριο σεισµικού κινδύνου: 50% πιθανότητα υπέρβασης στα 50 χρόνια (75 χρόνια περίοδος επαναφοράς). Κριτήριο λειτουργικότητας: Οι δυνάµεις και οι παραµορφώσεις, συµπεριλαµβανοµένων και των µόνιµων παραµορφώσεων του επιχώµατος, δεν θα πρέπει να επιφέρουν παρά µόνο αµελητέες βλάβες στην κατασκευή των κρηπιδότοιχων (προβλήτες). Οι προβλήτες θα πρέπει να βρίσκονται σε λειτουργία κατά την διάρκεια των επιδιορθώσεων. Όλες οι µικρές βλάβες θα πρέπει να είναι οπτικά αντιληπτές και προσβάσιµες για επιδιορθώσεις. Η λειτουργία των εγκαταστάσεων δεν θα πρέπει να διακοπεί. - Σεισµός Επιπέδου Απρόβλεπτων - Τυχηµατικών Γεγονότων (Contingency Level Earthquake - CLE) Κριτήριο σεισµικού κινδύνου: 10% πιθανότητα υπέρβασης στα 50 χρόνια (475 χρόνια περίοδος επαναφοράς). Κριτήριο λειτουργικότητας: Οι αναπτυσσόµενες δυνάµεις (π.χ. ωθήσεις γαιών) και οι παραµορφώσεις, συµπεριλαµβανοµένων και των µόνιµων παραµορφώσεων του επιχώµατος, δεν θα πρέπει να επιφέρουν την κατάρρευση των κρηπιδότοιχων. Οι βλάβες θα πρέπει να είναι οικονοµικά επιδιορθώσιµες καθώς και οπτικά αντιληπτές και προσβάσιµες για επιδιορθώσεις. Η διακοπή της λειτουργίας είναι δυνατό ηµητρίου Ιωάννα 61

70 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων να κυµαίνεται από ορισµένους µήνες έως και πάνω από ένα χρόνο, ανάλογα την προβλήτα και την ακριβή έκταση της βλάβης. Επιπλέον, για υπάρχουσες κατασκευές δεν προτείνεται η µείωση της µέγιστης τιµής της εδαφικής επιτάχυνσης σχεδιασµού. Και αυτό για το λόγο ότι η µείωση του χρόνου ζωής - έκθεσης π.χ. από 50 σε 30 χρόνια οδηγεί σε µείωση της εδαφικής επιτάχυνσης µόνο κατά 15%, γεγονός που επιφέρει µόνο αµελητέες διαφορές στο κόστος κατασκευής ή/και αποκατάστασης Επισκόπηση µεθόδων αποτίµησης σεισµικής τρωτότητας ανά συνιστώσα λιµενικών εγκαταστάσεων Παράκτια λιµενικά έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι /προβλήτες) Κρηπιδότοιχοι - Προβλήτες Εµπειρικές καµπύλες τρωτότητας για τον καθορισµό των αναµενόµενων σεισµικών απωλειών των παράκτιων λιµενικών έργων προτείνονται από το HAZUS 04. Πρόκειται για κανονικo-λογαριθµικές συναρτήσεις οι οποίες συνδέουν την τιµή της µόνιµης εδαφικής µετακίνησης (PGD) µε την πιθανότητα υπέρβασης ορισµένων επιπέδων βλάβης. Οι προτεινόµενες καµπύλες τρωτότητας ισχύουν για όλους τους τύπους των παράκτιων κατασκευών (αποβάθρες, κρηπιδώµατα, προβλήτες). Συχνά χρησιµοποιούνται αναλυτικές µέθοδοι αποτίµησης της τρωτότητας των κρηπιδότοιχων. Οι καθιερωµένες τεχνικές σχεδιασµού των προβλήτων βασίζονται στην αλληλεπίδραση εδάφους - κατασκευής, όπου το σύνθετο εδαφικό συνεχές και οµογενές µέσο αντικαθίσταται από µονοδιάστατα ελατήρια που λαµβάνονται σταθερά στον χώρο. Η απλοποιηµένη αυτή προσέγγιση έρχεται σε αντίθεση µε την πραγµατοποίηση αναλύσεων αλληλεπίδρασης εδάφους - κατασκευής όπου το έδαφος προσοµοιώνεται µε ένα ελαστοπλαστικό συνεχές και ηµητρίου Ιωάννα 62

71 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων οµογενές µέσο (Roth et al., 2003). Αναπόφευκτα, υπάρχουν αρκετοί περιορισµοί στην χρήση µονοδιάστατων ελατηρίων όπου οι µόνιµες µετακινήσεις της υποκείµενης εδαφικής µάζας αγνοούνται εντελώς. Εναλλακτικά, δυναµικές αναλύσεις µπορούν να πραγµατοποιηθούν π.χ. µε την χρήση δυσδιάστατων προγραµµάτων πεπερασµένων διαφορών και κατάλληλων (γραµµικών ελαστικών/τέλεια πλαστικών) καταστατικών µοντέλων συµπεριφοράς του εδάφους. Οι µη-γραµµικές αναλύσεις ενεργών τάσεων µπορούν να λάβουν υπόψη τους την επίδραση της πίεσης του νερού των πόρων στην δυναµική συµπεριφορά και την αντοχή του εδάφους (Roth and Dawson, 2003). Για την αποτίµηση του βαθµού των άµεσων απωλειών των τοίχων βαρύτητας, ο Ichii, 2003 & 2004 προτείνει αναλυτικές καµπύλες τρωτότητας µε βάση τα αποτελέσµατα απλοποιηµένων δυναµικών αναλύσεων πεπερασµένων στοιχείων. Προτείνονται συνολικά 20 διαφορετικές καµπύλες τρωτότητας (κανονικο-λογαριθµικές συναρτήσεις) που συνδέουν την κορυφαία τιµή της εδαφικής επιτάχυνσης (PGA) µε την πιθανότητα υπέρβασης ορισµένων επιπέδων βλάβης. Ορίζονται τέσσερα επίπεδα βλάβης µε βάση την τιµή της ανηγµένης ως προς το ύψος του τοίχου µετακίνησης / ολίσθησής του προς την θάλασσα. Για την επιλογή της κατάλληλης σχέσης τρωτότητας λαµβάνονται υπόψη οι παρακάτω παράµετροι: Ο λόγος των δύο διαστάσεων του τοίχου (πλάτος προς ύψος W/H). Το ανηγµένο ως προς το ύψος του τοίχου βάθος του αµµώδους στρώµατος όπισθεν του τοίχου (D1/H). Οι αποθέσεις που µεσολαβούν µέχρι το στιφρό έδαφος µπορεί να είναι είτε φυσικές είτε τεχνητές. Η τιµή του ισοδύναµου αριθµού κτύπων NSPT (N65) των αµµωδών στρωµάτων κάτω και πίσω από τον τοίχο (η διορθωµένη τιµή για ενεργό κατακόρυφη τάση ίση µε 65 kpa αναφορικά µε την τιµή µιας ισοδύναµης σχετικής πυκνότητας). ηµητρίου Ιωάννα 63

72 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Στον πίνακα 5.1 δίνονται οι παράµετροι καθορισµού της συνάρτησης βλάβης των κρηπιδότοιχων βαρύτητας σύµφωνα µε τον Ichii, Στα σχήµατα 5.2, 5.3 παρουσιάζονται οι προτεινόµενες καµπύλες τρωτότητας για παράκτια λιµενικά έργα / κρηπιδότοιχους από τους ICHII (2003) και HAZUS 04. Πίνακας 5.1 Παράµετροι καθορισµού σχέσης τρωτότητας κρηπιδότοιχων βαρύτητας (Ichii 2003) Σχήµα 5.2 Καµπύλες τρωτότητας για παράκτια λιµενικά έργα/κρηπιδότοιχους (ICHII, 2003). ηµητρίου Ιωάννα 64

73 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Παράκτια λιµενικά έργα / Κρηπιδότοιχοι 1,00 Πιθανότητα υπέρβα 0,75 0,50 0,25 0,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 PGD (m) Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταµένες βλάβες Καθολικές βλάβες Σχήµα 5.3 Καµπύλες τρωτότητας για παράκτια λιµενικά έργα/κρηπιδότοιχους (HAZUS 04) Ορισµός επιπέδων βλάβης Κρηπιδότοιχοι: Παράµετροι καθορισµού του επιπέδου βλάβης των κρηπιδότοιχων αποτελούν: Ο βαθµός της δοµικής βλάβης (HAZUS, 04). Η κατάσταση λειτουργικότητας (HAZUS, 04, OCDI, 2002). Η κανονικοποιηµένη µετακίνηση / ολίσθηση προς την θάλασσα (Ichii, 2003, PIANC, 2001). Η παραµένουσα κλίση προς την θάλασσα (PIANC, 2001). Ο βαθµός βλάβης της ποδιάς (διαφορική καθίζηση, παραµένουσα κλίση) (PIANC, 2001). Η µόνιµη / παραµένουσα µετακίνηση στην κορυφή του τοίχου (Uwabe, 1983). Η οριζόντια µετακίνηση του τοίχου (OCDI, 2002). Ειδικά για τους κυψελωτούς κρηπιδότοιχους: Οι παραµένουσες µετακινήσεις του κυψελωτού τοίχου και της ποδιάς (PIANC, 2001). ηµητρίου Ιωάννα 65

74 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Οι κορυφαίες τιµές της απόκρισης σε όρους τάσεων / παραµορφώσεων της κυψέλης και του αρµού της κυψέλης (PIANC, 2001). ιαφράγµατα (sheet-piles): Παράµετροι καθορισµού του επιπέδου βλάβης των διαφραγµάτων αποτελούν: Η κανονικοποιηµένη µετακίνηση / ολίσθηση προς την θάλασσα του διαφράγµατος και της ποδιάς (PIANC, 2001). Οι κορυφαίες τιµές της απόκρισης σε όρους τάσεων / παραµορφώσεων του τοίχου του διαφράγµατος και της αγκύρωσης (PIANC, 2001). Η (µέγιστη) παραµένουσα µετακίνηση στην κορυφή του διαφράγµατος (Uwabe, 1983, Gazetas et al., 1990). Η οριζόντια µετακίνηση (OCDI, 2002). Η κατάσταση λειτουργικότητας (OCDI, 2002). Aποβάθρες / προβλήτες σε πασσάλους (piles & decks): Παράµετροι καθορισµού του επιπέδου βλάβης για αποβάθρες / προβλήτες σε πασσάλους αποτελούν: Οι παραµένουσες µετακινήσεις (διαφορική καθίζηση µεταξύ του καταστρώµατος και του εδάφους, παραµένουσα κλίση προς την θάλασσα) (PIANC, 2001). Οι κορυφαίες τιµές της απόκρισης των πασσάλων (PIANC, 2001). Στους παρακάτω πίνακες παρουσιάζονται τα επίπεδα βλάβης που έχουν προταθεί για τα έργα που αναφέρθηκαν. ηµητρίου Ιωάννα 66

75 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.2 Περιγραφή επιπέδων βλάβης για παράκτια λιµενικά έργα/κρηπιδότοιχους (HAZUS 04) Επίπεδα βλάβης Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταµένες βλάβες Καθολικές βλάβες Περιγραφή Μικρή µόνιµη εδαφική καθίζηση µε συνέπεια λίγοι πάσσαλοι (των αποβάθρων και κρηπιδότοιχων) να παρουσιάζουν βλάβες. Ρηγµατώσεις στην επιφάνεια των αποβάθρων. Πιθανότητα απαίτησης επισκευών. Σηµαντική µόνιµη εδαφική µετακίνηση µε µερικούς πασσάλους (των αποβάθρων και κρηπιδότοιχων) να παρουσιάζουν βλάβες και αστοχίες. Αστοχία πολλών πασσάλων, µεγάλου εύρους ολίσθηση των αποβάθρων, και σηµαντική µόνιµη εδαφική µετακίνηση που προκαλεί εκτεταµένες ρηγµατώσεις των επιστρώσεων. Αστοχία των περισσότερων πασσάλων λόγω σηµαντικής µόνιµης εδαφικής µετακίνησης. Εκτεταµένες βλάβες σε όλη την έκταση των λιµενικών εγκαταστάσεων. Επίπεδο εξυπηρετικότητας Μειωµένη λειτουργικότητα Μηδενική λειτουργικότητα υνατότητα χρήσης χωρίς επιδιορθώσεις υνατότητα χρήσης µετά από επιδιορθώσεις Μηδενική δυνατότητα χρήσης Πίνακας 5.3 Παράµετροι σχέσεων τρωτότητας για παράκτια λιµενικά έργα/κρηπιδότοιχους (HAZUS 04) Μόνιµη Εδαφική Επίπεδο Μετακίνηση (PGD) βλάβης Μέση Τιµή (m) β Μικρές βλάβες 0,13 0,50 Μέτριες βλάβες 0,30 0,50 Εκτεταµένες βλάβες 0,43 0,50 Καθολικές βλάβες 1,09 0,50 ηµητρίου Ιωάννα 67

76 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.4 Επίπεδα βλάβης για κρηπιδότοιχους (Ichii, 2003) Damage level Normalized seaward displacement Degree I 1.5 ~ 5 % Degree II 5 ~ 10 % Degree III 10 ~ 15 % Degree IV Larger than 15% Πίνακας 5.5 Επίπεδα βλάβης για κρηπιδότοιχους (Gravity Type Quay Walls) Seismic Design Guidelines for Port Structures (International Navigation Association PIANC) Level of damage Degree I Degree II Degree III Degree IV Gravity Normalized Residual Horizontal Displacement (d/h) Less than 1.5% 1.5~5% 5~10% Larger than 10% wall Residual tilting towards the sea Less than 3 o 3~5 o 5~8 o Larger than 8 o Differential settlement on apron Less than 0.03~0.1m N/A N/A N/A Apron Differential settlement between apron and non-apron areas Less than 0.3~0.7m N/A N/A N/A Residual tilting towards the sea Less than 2~3 o N/A N/A N/A * d : residual horizontal displacement at the top of the wall, H : height of gravity wall ** Alternative criterion is proposed with respect to differential horizontal displacement less than 30 cm. *** Abreviation for not applicable. ηµητρίου Ιωάννα 68

77 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.6 Επίπεδα βλάβης για κυψελωτούς κρηπιδότοιχους (Cellular Quay Walls) Seismic Design Guid elines for Port Structures (International Navigation Association) Level of damage Degree I Degree II Degree III Degree IV Cellular wall Normalized Residual Horizontal Displacement (d/h)* Less than 1.5%** 1.5~5% 5~10% Larger than 10% Residual displacements Peak response stresses/ strains Cellular wall Residual tilting towards the sea Differential settlement on apron Differential settlement between apron and nonapron areas Residual tilting towards the sea Less than 3 o Less than 0,03~0,1m Less than 0,03~0,7m Less than 2~3 o Cell Elastic Elastic Cell joint Elastic 3~5 o 5~8 o Larger than 8 o N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A Plastic (less than the strain limit for cell joint Plastic (less than the strain limit for cell Plastic (beyond the strain limit for cell joint * d : residual horizontal displacement at the top of the wall, H : height of gravity wall ** Alternative criterion is proposed with respect to differential horizontal displacement less than 30 cm. Plastic (beyond the strain limit for cell Plastic (beyond the strain limit for cell joint ηµητρίου Ιωάννα 69

78 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.7 Επίπεδα βλάβης για διαφράγµατα (Sheet Pile Quay Walls) Seismic Design Guidelines for Port Structures (International Navigation Association) Level of damage Degree I Degree II Degree III Degree IV Residual displacements Peak response stresses/ strains Normalized Residual Sheet Horizontal pile Displacement wall (d/h)* Residual tilting towards the sea Differential settlement on apron Differential settlement Apron between apron and non-apron areas Residual tilting towards the sea Above mudline Sheet pile wall Less than 1.5%** N/A N/A N/A Less than 3 o Less than 0,03~0,1m Less than 0,3~0,7m Less than 2~3 o Elastic Elastic N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A N/A Plastic (less than the Plastic (less than Plastic (beyond the ductility the ductility ductility factor/strain factor/strain limit factor/strain limit limit above above mudline above mudline mudline Plastic (less than Plastic (beyondthe Elastic the ductility ductility factor/strain limit factor/strain limit below mudline below mudline Plastic (less than Plastic (beyond the the ductility ductility Tie-rod Below mudline Elastic Elastic factor/strain limit factor/strain limit for tie-rod) for tie-rod) Plastic (less than Plastic (beyondthe Anchor Elastic Elastic the ductility factor/strain limit ductility factor/strain limit for anchor) for anchor) ηµητρίου Ιωάννα 70

79 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.8 Επίπεδα βλάβης για αποβάθρες/προβλήτες σε πασσάλους (Piles & Decks) Seismic Design Guidelines for Port Structures (International Navigation Association) Residual Level of damage Degree I Degree II Degree III Degree IV Differential settlement between deck and land behind displacements Residual tilting Peak response towards the sea Piles* Less than 0,1~0,3m Less than 2~3 o Essentially elastic response with minor or no residual deformation N/A N/A N/A N/A N/A N/A Controlled limited inelastic ductile response and residual deformation intending to keep the structure repairable Ductile response near collapse (double plastic hinges may occur at only one or limited number of piles) * Bending failure should precede shear failure in structural components. Beyond state of Degree III Πίνακας 5.9 Επίπεδα βλάβης για κρηπιδότοιχους Overseas Coastal Area Development Institute of Japan OCDI, 2002 Type of retaining walls Gravity quay wall No repair needed for operation Partial operation allowed Water depth Swallower than 7.5 Deeper than m 7.5m Horizontal Displacement 0.0 ~ 0.2 m 0.0 ~ 0.3 m 0.2 ~ 0.5 m 0.3 ~ 1.0 m ηµητρίου Ιωάννα 71

80 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.10 Επίπεδα βλάβης για κρηπιδότοιχους Uwabe, 1983 Degree of damage Maximum residual Average permanent displacement at displacement at top top of wall (cm) of wall (cm) <25 < to to to to >200 > Εξοπλισµός φορτο-εκφόρτωσης Καµπύλες τρωτότητας για τον καθορισµό των αναµενόµενων σεισµικών απωλειών των γερανών και του εξοπλισµού φορτο-εκφόρτωσης προτείνονται από το HAZUS 04. Πρόκειται για κανονικo-λογαριθµικές συναρτήσεις οι οποίες συνδέουν την τιµή της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA) και της µόνιµης εδαφικής µετακίνησης (PGD) µε την πιθανότητα υπέρβασης ορισµένων επιπέδων βλάβης. Γίνεται διάκριση µεταξύ σταθερών γερανών (ή/και εξοπλισµού φορτο-εκφόρτωσης) και εξοπλισµού κινούµενου σε ράγες και σε εξοπλισµού µε ή χωρίς κάποιου είδους αγκύρωση. Σηµειώνεται το γεγονός ότι εξοπλισµός µε συστήµατα αγκύρωσης (συγκράτησης και περιορισµού των µετακινήσεων σε περίπτωση εκδήλωσης µιας σεισµικής διέγερσης) σηµαίνει εξοπλισµός µε κάποιου είδους σεισµικό σχεδιασµό, ενώ αντίθετα εξοπλισµός χωρίς αγκυρώσεις σηµαίνει εξοπλισµός σχεδιασµένος χωρίς απαιτήσεις αντισεισµικότητας. Οι µοναδικές καµπύλες τρωτότητας που έχουν προταθεί διεθνώς για τον εξοπλισµό χειρισµού φορτίου είναι αυτές του HAZUS 04 (σχήµα 5.3). ηµητρίου Ιωάννα 72

81 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Αγκυρωµένος / σταθερός εξοπλισµός 1,00 Πιθανότητα υπέρβα 0,75 0,50 0,25 0,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 PGA (g) 1,00 Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταµένες/Καθολικές βλάβες Αγκυρωµένος / σταθερός εξοπλισµός Πιθανότητα υπέρβα 0,75 0,50 0,25 0,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 PGD (m) Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταµένες/Καθολικές βλάβες Πιθανότητα υπέρβασης 1,00 0,75 0,50 0,25 Μη αγκυρωµένος εξοπλισµός / εξοπλισµός σε ράγες 0,00 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 PGA (g) Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταµένες βλάβες ηµητρίου Ιωάννα 73

82 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων 1,00 Μη αγκυρωµένος εξοπλισµός / εξοπλισµός σε ράγες Πιθανότητα υπέρβα 0,75 0,50 0,25 0,00 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 PGD (m) Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταµένες βλάβες Σχήµα 5.3 Καµπύλες τρωτότητας για γερανούς / εξοπλισµό φορτο-εκφόρτωσης Ορισµός επιπέδων βλάβης Σύµφωνα µε το HAZUS 04 ορίζονται τρεία επίπεδα βλάβης για µικρές, µέτριες, και εκτεταµένες/καθολικές βλάβες µε βάση τον βαθµό της δοµικής βλάβης. Εναλλακτικά, τα επίπεδα βλάβης του εξοπλισµού φορτοεκφόρτωσης είναι δυνατό να οριστούν µε βάση τον βαθµό της εξυπηρετικότητας (RISKUE, 2004). Τα επίπεδα βλάβης του εξοπλισµού χειρισµού φορτίου δίνονται στους πίνακες ηµητρίου Ιωάννα 74

83 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.11 Περιγραφή επιπέδων βλάβης για γερανούς / εξοπλισµό φορτο-εκφόρτωσης. Επίπεδα βλάβης Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταµένες / Καθολικές βλάβες Αγκυρωµένος / σταθερός εξοπλισµός Μικρές βλάβες στα δοµικά µέλη χωρίς απώλεια της λειτουργικότητάς τους. Περιγραφή Μη αγκυρωµένος εξοπλισµός / εξοπλισµός σε ράγες Μικρός εκτροχιασµός ή απώλεια της ευθυγράµµισης χωρίς καµία σηµαντική δοµική βλάβη στην βάση των σιδηροτροχιών. Μικρές επιδιορθώσεις και ρυθµίσεις µπορεί να είναι απαραίτητες για την αποκατάσταση της λειτουργικότητας του γερανού. Εκτροχιασµός λόγω διαφορικής µετακίνησης των παράλληλων τροχιών. Απαιτούνται επιδιορθώσεις των τροχιών και µερικές επιδιορθώσεις των δοµικών µελών. Σηµαντικές βλάβες στον εξοπλισµό. Πιθανότητα ανατροπής ή πλήρους εκτοχιασµού των γερανών. Απαιτείται αντικατάσταση των δοµικών µελών. Επίπεδο εξυπηρετικότητας Μειωµένη λειτουργικότητα Μηδενική λειτουργικότητα υνατότητα χρήσης χωρίς επιδιορθώσεις υνατότητα χρήσης µετά από επιδιορθώσεις Μηδενική δυνατότητα χρήσης ηµητρίου Ιωάννα 75

84 Κεφάλαιο 5ο Μέθοδοι αποτίµησης της σεισµικής τρωτότητας των δικτύων Πίνακας 5.12 Παράµετροι σχέσεων τρωτότητας για γερανούς / εξοπλισµό φορτο-εκφόρτωσης. Ταξινόµηση γερανών / εξοπλισµού φορτοεκφόρτωσης Αγκυρωµένος / σταθερός εξοπλισµός Μη αγκυρωµένος εξοπλισµός / εξοπλισµός σε ράγες Επίπεδο Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μόνιµη Εδαφική Μετακίνηση (PGD) βλάβης Μέση τιµή Μέση τιµή β (g) (m) β Μικρές βλάβες 0,30 0,60 0,08 0,60 Μέτριες βλάβες 0,50 0,60 0,15 0,70 Εκτεταµένες / Καθολικές 1,00 0,70 0,30 0,70 βλάβες Μικρές βλάβες 0,15 0,60 0,05 0,60 Μέτριες βλάβες 0,35 0,60 0,10 0,60 Εκτεταµένες / Καθολικές 0,80 0,70 0,25 0,70 βλάβες Στην παρούσα διπλωµατική εργασία θα γίνει µια προσπάθεια δηµιουργίας νέων καµπυλών τρωτότητας για κρηπιδότοιχους, χωρίς εξοπλισµό φορτο εκφόρτωσης, µε βάση τις αριθµητικές µεθόδους και επιπλέον θα γίνει σύγκριση αυτών (όπου αυτό είναι εφικτό) µε τις ήδη υπάρχουσες καµπύλες τρωτότητας που έχουν προταθεί µέσω εµπειρικών αλλά και αναλυτικών µεθόδων. ηµητρίου Ιωάννα 76

85 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Κεφάλαιο 6o Παρουσιαση του προγράµµατος PLAXIS 6.1. Εισαγωγή Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται µια γενική παρουσίαση του προγράµµατος που χρησιµοποιήθηκε για την πραγµατοποίηση των δυναµικών αναλύσεων, προκειµένου να µελετηθεί η σεισµική απόκριση κρηπιδότοιχων διαφόρων διαστάσεων. Επιλέχθηκαν τέσσερεις διαφορετικοί κρηπιδότοιχοι, καθένας από τους οποίους κατασκευάζεται σε τέσσερεις συνδυασµούς εδαφικών σχηµατισµών και φορτίζεται µε δώδεκα διαφορετικούς σεισµικούς παλµούς. Γίνεται αναφορά στις απαιτούµενες, απ το πρόγραµµα, παραµέτρους για να πραγµατοποιηθούν οι δυναµικές αναλύσεις. Επίσης, δίνονται αναλυτικά τα στάδια που ακολουθούνται, όπως είναι η εισαγωγή των δεδοµένων Input Program, οι αρχικές συνθήκες, οι υπολογισµοί Calculations Program, η εξαγωγή των αποτελεσµάτων Output Program και η δηµιουργία καµπυλών Curves Program. ηµητρίου Ιωάννα 77

86 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS 6.2. Παρουσίαση του λογισµικού Plaxis Σκοπός των αναλύσεων Για την ανάλυση χρησιµοποιήθηκε το πρόγραµµα Plaxis 8.6, παρουσίαση του οποίου ακολουθεί. Σκοπός της ανάλυσης είναι η µελέτη της σεισµικής απόκρισης διαφόρων κρηπιδότοιχων. Μέσω των αναλύσεων µας δίνεται µια εικόνα της συµπεριφοράς τέτοιων τοίχων όταν αυτοί φορτιστούν µε κάποιο δυναµικό φορτίο, όπως είναι ο σεισµός Θεωρητικό υπόβαθρο αναλύσεων Plaxis ιακριτοποίηση εδαφικού µέσου Όπως προαναφέρθηκε το πρόγραµµα που χρησιµοποιήθηκε είναι το Plaxis 8.6. Πρόκειται για ένα πρόγραµµα που χρησιµοποιείται για την επίλυση γεωτεχνικών προβληµάτων µε τη µέθοδο των πεπερασµένων στοιχείων. Έτσι για κάθε επίλυση το έδαφος προσοµοιώνεται από έναν κάνναβο πεπερασµένων στοιχείων. Το πρόγραµµα αυτό διαθέτει τριγωνικά εδαφικά στοιχεία (soil elements), για την δηµιουργία του καννάβου, 6 και 15 κόµβων (nodes), όπως φαίνεται στο Σχήµα 6.1. Η εκτίµηση του µητρώου δυσκαµψίας των στοιχείων, γίνεται µε αριθµητική ολοκλήρωση στα σηµεία Gauss (stress points), τα οποία είναι τρία για τα 6-κοµβα και δώδεκα για τα 15-κοµβα στοιχεία. Τα τελευταία είναι ακριβή δισδιάστατα στοιχεία, που δίνουν πολύ καλά αποτελέσµατα για διάφορα γεωτεχνικά προβλήµατα. Παρόλα αυτά απαιτούν µεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ και χρειάζονται περισσότερο χρόνο για την ολοκλήρωση της κάθε επίλυσης. ηµητρίου Ιωάννα 78

87 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Σχήµα 6.1 : Κόµβοι και σηµεία ολοκλήρωσης σε τριγωνικά εδαφικά στοιχεία (a) 15 και (b) 6 κόµβων Καταστατικοί νόµοι συµπεριφοράς εδάφους Για την περιγραφή της συµπεριφοράς του εδάφους το πρόγραµµα Plaxis 8.6 παρέχει τις εξής δυνατότητες: Linear elastic: Πρόκειται για ένα γραµµικό ελαστικό µοντέλο το οποίο ακολουθεί το νόµο του Hook και εκφράζεται από δύο παραµέτρους: Ε : µέτρο ελαστικότητας ν : λόγος του Poisson Γενικά αυτό το µοντέλο είναι µη ρεαλιστικό και πρέπει να περιορίζεται η χρήση του για προσοµοίωση του εδάφους. Mohr Coulomb: Πρόκειται για ένα ελαστικό - τέλεια πλαστικό µοντέλο (Σχήµα 6.2). Χρησιµοποιείται για µια γενική προσέγγιση της συµπεριφοράς του εδάφους µιάς και πολλές φορές γίνεται η παραδοχή ότι το έδαφος ακολουθεί το κριτήριο αστοχίας Mohr Coulomb. Το µοντέλο αυτό χρησιµοποιεί 5 παραµέτρους: Ε : µέτρο ελαστικότητας του Young [kn/m 2 ] ηµητρίου Ιωάννα 79

88 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS ν : λόγος του Poisson φ : γωνία εσωτερικής τριβής [ ] c : συνοχή [kn/m 2 ] ψ : γωνία διογκωσιµότητας [ ] Σχήµα 6.2 : Η βασική ιδέα ενός ελαστικού - τέλεια πλαστικού µοντέλου Soft soil model: Πρόκειται για ένα µοντέλο συµπεριφοράς µαλακών εδαφών και δίνει τα ρεαλιστικότερα αποτελέσµατα σε περιπτώσεις κανονικά στερεοποιηµένων εδαφών και πρωτογενών φορτίσεων. Hardening soil model: Πρόκειται για ένα µοντέλο µε µεταβαλλόµενη επιφάνεια πλαστικότητας και µε ενσωµατωµένο νόµο κράτυνσης, διατµητικής και σφαιρικής συνιστώσας. Η σχέση τάσεων παραµορφώσεων απεικονίζεται από την υπερβολή του σχήµατος 6.3. Μερικά βασικά χαρακτηριστικά του µοντέλου είναι τα παρακάτω: - υσκαµψία που εξαρτάται από την τάση σύµφωνα µε έναν εκθετικά νόµο (παράµετρος εισαγωγής m) - Πλαστικές παραµορφώσεις εξαιτίας της κύριας εκτροπικής τάσης (παράµετρος εισαγωγής Ε50 ref) - Πλαστικές παραµορφώσεις εξαιτίας κύριας συµπίεσης (παράµετρος εισαγωγής Εoed ref) ηµητρίου Ιωάννα 80

89 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS - Ελαστική αποφόρτιση επαναφόρτιση (παράµετροι εισαγωγής Εur ref, vur) - Αστοχία βάση του κριτηρίου Mohr Coulomb (παράµετροι εισαγωγής c, φ, ψ) Σχήµα 6.3: Υπερβολή µοντέλου κρατυνόµενης ελαστοπλαστικής συµπεριφοράς Soft soil creep model: Πρόκειται για ένα µοντέλο για τη περιγραφή µαλακών εδαφών µε θεώρηση του φαινοµένου του ερπυσµού. Μπορεί να περιγράψει µαλακά εδάφη τα οποία η συµπεριφορά τους εξαρτάται από το χρόνο όπως κανονικά στερεοποιηµένες αργίλους. Στις αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν και παρατίθενται σε παρακάτω κεφάλαιο, για την συµπεριφορά του εδάφους επιλέχθηκε ο καταστατικός νόµος Mohr Coulomb. Στον συγκεκριµένο καταστατικό νόµο, το πρόγραµµα χρησιµοποιεί ως βασικό δείκτη της δυσκαµψίας του εδαφικού υλικού, το µέτρο ελαστικότητας του Young Ε, το οποίο έχει διαστάσεις τάσεις. Οι τιµές που επιλέγονται για το µέτρο ελαστικότητας που εισάγεται στους υπολογισµούς, πρέπει να έχουν µελετηθεί επαρκώς, δεδοµένου ότι τα περισσότερα εδαφικά υλικά εµφανίζουν µη γραµµική συµπεριφορά από τα πρώτα κιόλας βήµατα φόρτισης. ηµητρίου Ιωάννα 81

90 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Στην εδαφοµηχανική συνήθως, το αρχικό µέτρο ελαστικότητας συµβολίζεται ως Ε0 και το τέµνον µέτρο για το 50% της αντοχής του εδάφους ως Ε50 (σχήµατα 6.3 και 6.4). Έτσι, για εδάφη µε µεγάλο εύρος της φόρτισης στην ελαστική περιοχή είναι σκόπιµο να χρησιµοποιείται το Ε0, ενώ γενικά για τις υπόλοιπες περιπτώσεις προτείνεται η χρήση του Ε50. Γενικά για τα εδάφη, τόσο το µέτρο αποφόρτισης Εur όσο και το τέµνον µέτρο Ε50 παρουσιάζουν αύξηση συναρτήσει της πλευρικής τάσης. Με βάση λοιπόν αυτήν την παρατήρηση εξηγείτε το γεγονός ότι εδάφη σε βαθύτερα στρώµατα έχουν µεγαλύτερη δυσκαµψία σε σχέση µε λιγότερο βαθιά εδάφη. Σχήµα 6.4 : Προσδιορισµός των Ε 0 και Ε 50 για τυπικά αποτελέσµατα αποστραγγιζόµενης τριαξονικής δοκιµής. Το πρόγραµµα Plaxis 8.6, στο µοντέλο Mohr Coulomb, προσφέρει την δυνατότητα µεταβολής των τιµών κάποιων µηχανικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού καθώς αυξάνεται το βάθος, όπως αυτές του µέτρου ελαστικότητας και της συνοχής. Έτσι εισάγεται η έννοια του µέτρου ελαστικότητας αναφοράς Εref, η τιµή της οποίας θα αντιστοιχεί σε ένα ισοδύναµο βάθος αναφοράς yref. Το ποσοστό αύξησης του µέτρου ελαστικότητας εκφράζεται από τη παράµετρο Εincrement. Με παρόµοιο ηµητρίου Ιωάννα 82

91 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS τρόπο εκφράζεται και η αύξηση της συνοχής. Το πρόγραµµα δίνει επίσης τη δυνατότητα της εισαγωγής των δυναµικών χαρακτηριστικών του εδάφους µέσω της ταχύτητας των διατµητικών κυµάτων (Vs), µέσω της οποίας υπολογίζονται οι ελαστικές παράµετροι. Η γωνία τριβής του εδάφους είναι το µέγεθος εκείνο που καθορίζει ως επί το πλείστον την διατµητική αντοχή του εδάφους και εκφράζεται σε µονάδες µοιρών. Αυτό φαίνεται άλλωστε και στο σχήµα 6.5, όπως επίσης από τη τρισδιάστατη γραφική παράσταση της επιφάνειας διαρροής στο χώρο των κυρίων τάσεων (σχήµα 6.6). Για την ακρίβεια, το κριτήριο διαρροής του µοντέλου Mohr - Coulomb εκφράζει την εφαρµογή του νόµου τριβής του Coulomb σε κάθε επίπεδο µέσα σε ένα στοιχείο υλικού, και µπορεί να οριστεί µέσω τριών συναρτήσεων διαρροής, οι οποίες είναι εκφρασµένες µε όρους κυρίων τάσεων και εξαρτώνται από την γωνία εσωτερικής τριβής φ και την συνοχή c. Σχήµα 6.5 : Κύκλοι του Mohr στην διαρροή ηµητρίου Ιωάννα 83

92 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Σχήµα 6.6 : Τρισδιάστατη γραφική παράσταση της επιφάνειας διαρροής στο χώρο των κυρίων τάσεων Τέλος όσον αφορά στη γωνία διογκωσιµότητας ψ, είναι ένα µέγεθος που εκφράζει την τάση του εδαφικού υλικού προς διόγκωση και µετράται σε µοίρες. Γενικά τα συνεκτικά εδάφη εµφανίζουν µικρή σχετικώς διογκωσιµότητα, οπότε µπορεί να θεωρηθεί χωρίς µεγάλο σφάλµα ψ = 0. Προσοχή πρέπει να δίνεται στα υπερστερεοποιηµένα αργιλικά εδάφη τα οποία παρουσιάζουν µη αµελητέο βαθµό διόγκωσης και συνεπώς η τιµή του ψ δεν µπορεί να ληφθεί µηδενική. Αντίθετα στα αµµώδη µη συνεκτικά εδάφη η διογκωσιµότητα εξαρτάται τόσο από την γωνία τριβής όσο και από την πυκνότητα του υλικού. Για παράδειγµα στην περίπτωση της χαλαζιακής άµµου η βιβλιογραφία προτείνει την σχέση ψ = φ = 30, ενώ για εξαιρετικά χαλαρές άµµους θα µπορούσε να θεωρηθεί ρεαλιστική µια µικρή αρνητική τιµή του ψ Γενικά περί επίπεδης προσοµοίωσης της κατασκευής Στις αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν έγινε µελέτη της απόκρισης των κρηπιδότοιχων κατά την εγκάρσια διεύθυνση. Η παραδοχή αυτή σε µεγάλο ποσοστό προσεγγίζει ικανοποιητικά το πραγµατικό πρόβληµα, ηµητρίου Ιωάννα 84

93 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS αφού οι κρηπιδότοιχοι στο σύνολό τους αποτελούν κατασκευές µε πολύ µεγάλο µήκος σε σχέση µε το πλάτος τους. Με βάση λοιπόν την παραπάνω φιλοσοφία τα µοντέλα που θα δηµιουργηθούν θα είναι µοντέλα επίπεδης παραµόρφωσης. Στο πρόγραµµα Plaxis 8.6 που επιλέχθηκε για τις αναλύσεις, τα µοντέλα πεπερασµένων στοιχείων που είναι είτε µοντέλα επίπεδης παραµόρφωσης, είτε αξονοσυµµετρικά. Σύµφωνα µε το πρόγραµµα, τα µοντέλα επίπεδης παραµόρφωσης (σχήµα 6.7) χρησιµοποιούνται για γεωµετρίες µε όσο το δυνατόν περισσότερο οµοιόµορφη διατοµή και αντίστοιχα τασική κατάσταση, ενώ η φόρτιση ασκείται σε διεύθυνση κάθετα στην διατοµή (άξονας z). Σχήµα 6.1 : Μοντέλο επίπεδης παραµόρφωσης (plain strain) Τα µοντέλα (plain strain και axisymmetry) χρησιµοποιούν πεπερασµένα στοιχεία δύο διαστάσεων, αντιστοιχίζοντας µε τον τρόπο αυτό δύο βαθµούς ελευθερίας σε κάθε κόµβο. Οι µετακινήσεις και οι παραµορφώσεις κατά την διεύθυνση του άξονα z θεωρούνται µηδενικές. ηµητρίου Ιωάννα 85

94 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Παρουσίαση σταδίων ανάλυσης µε το πρόγραµµα Plaxis 8.6 Στο σηµείο αυτό θα γίνει µία παρουσίαση όλων των βηµάτων που ακολοθουνται για µία ανάλυση µε το πρόγραµµα Plaxis. Θα δωθούν αναλυτικά οι δυνατότητες που παρέχει το πρόγραµµα σε κάθε βήµα, επισηµαίνοντας τα σηµεία τα οποία αφορούν τις αναλύσεις της παρούσας διπλωµατικής εργασίας Πρόγραµµα εισαγωγής δεδοµένων Input Program Μέσω του Input Program του Plaxis 8.6, γίνεται η δηµιουργία του δισδιάστατου µοντέλου πεπερασµένων στοιχείων. Η διαδικασία κατασκευής του µοντέλου επίλυσης γενικά περιέχει τα παρακάτω στάδια. Αρχικά σχεδιάζεται το γεωµετρικό περίγραµµα του εδαφικού υλικού στο οποίο θα τοποθετηθεί η κατασκευή. Στην συνέχεια γίνεται διαχωρισµός των εδαφικών στρώσεων, όταν αυτές υπάρχουν, καθώς και τα δοµικά και κατασκευαστικά στοιχεία του προσοµοιώµατος. Τέλος τοποθετούνται οι συνοριακές συνθήκες και οι φορτίσεις ή/και οι καταναγκασµοί µετακινήσεις, ανάλογα µε την περίπτωση καθώς και οι ιδιότητες του εδάφους και των δοµικών στοιχείων. Το γεωµετρικό µοντέλο επιβάλλεται, εκτός από την αρχική κατάσταση, να περιλαµβάνει και τα ενδεχόµενα κατασκευαστικά στάδια που λαµβάνονται υπόψη σε µετέπειτα φάση της επίλυσης. Συγκεκριµένα κατά την εκκίνηση του προγράµµατος εισαγωγής δεδοµένων εµφανίζεται το παράθυρο General settings το οποίο περιέχει δύο φύλλα πληροφοριών, τα Project και Dimensions. Στο πρώτο φύλλο Project πραγµατοποιείται η εισαγωγή του ονόµατος του αρχείου και κάποιων περιγραφικών σχολίων (σχήµα 6.8). Επίσης γίνεται η επιλογή µοντέλου επίπεδης παραµόρφωσης ή αξονοσυµµετρικού καθώς και το είδος των πεπερασµένων στοιχείων του καννάβου, 6-Node ή 15-Node. Στο πεδίο των επιταχύνσεων της ηµητρίου Ιωάννα 86

95 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS βαρύτητας δεν είναι απαραίτητο να εισαχθούν τιµές, αφού η βαρύτητα περιλαµβάνεται στα ογκοµετρικά βάρη, τα οποία εισάγονται από τον χρήστη. Με τον τρόπο αυτό η βαρύτητα ελέγχεται µε τον πολλαπλασιαστή ΣΜweight. Σχήµα 6.8 : Εισαγωγή γενικών χαρακτηριστικών µοντέλου Στο δεύτερο φύλλο Dimensions καθορίζονται οι βασικές µονάδες µεγεθών που θα χρησιµοποιηθούν (µηκους, δύναµης και χρόνου) και οι διαστάσεις της επιφάνειας σχεδίασης και του κανάβου σχεδίασης που θα χρησιµοποιηθεί (Σχήµα 6.9). Σε δυναµικές αναλύσεις προτείνεται να χρησιµοποιείται ως µονάδα µέτρησης του χρόνου το δευτερόλεπτο. ηµητρίου Ιωάννα 87

96 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Σχήµα 6.9 : Προσδιορισµός διαστάσεων καννάβου σχεδίασης Επικυρώνουµε µε ok τις παραπάνω επιλογές και εµφανίζεται το βασικό παράθυρο Plaxis 8.6 Input, στο οποίο δηµιουργείται το µοντέλο. Επιλέγουµε αρχικά το εικονίδιο Geometry line ώστε να οριστεί το περίγραµµα του υπό µελέτη προβλήµατος και οι διεπιφάνειες των διαφόρων εδαφικών στρώσεων. Με τη σειρά ορίζουµε τα τέσσερα σηµεία που ορίζουν τα όρια της περιοχής σχεδίασης (Σχήµα 6.10). Στην συνέχεια πατούµε το εικονίδιο Standard Fixities για τον καθορισµό των συνοριακών συνθηκών. Με την εντολή αυτή ενεργοποιούνται οι εξής κανόνες: Κάθετες γεωµετρικές γραµµές, για τις οποίες η x συντεταγµένη είναι ίση µε την υψηλότερη ή τη χαµηλότερη τιµή της x συντεταγµένης στο µοντέλο,αποκτά κατακόρυφη κύλιση (ux = 0). Οριζόντιες γεωµετρικές γραµµές, για τις οποίες η y συντεταγµένη είναι ίση µε τη χαµηλότερη τιµή της y συντεταγµένης στο µοντέλο αποκτά πάκτωση (ux = uy = 0). ηµητρίου Ιωάννα 88

97 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS οκοί οι οποίες φτάνουν και τέµνουν το σύνορο του γεωµετρικού µοντέλου υφίστανται δέσµευση της στροφής (φz = 0) στο συγκεκριµένο σηµείο του συνόρου, εάν το σηµείο αυτό είναι δεσµευµένο τουλάχιστον κατά µία διεύθυνση. Geometry line Standard Fixities Σχήµα 6.10 : Προσδιορισµός γεωµετρικού µοντέλου και εισαγωγή συνοριακών συνθηκών. Στο σηµείο αυτό, εφόσον σχεδιαστεί και η κατασκευή, το µοντέλο έχει οριστεί πλήρως από πλευράς γεωµετρίας. Έτσι πρέπει να εισαχθούν οι καταναγκασµοί, που σύµφωνα µε την ψευδοστατική µεθοδολογία προσοµοιώνουν την σεισµική διέγερση. Το πρόγραµµα επιπλέον δίνει τη δυνατότητα εισαγωγής σεισµού, σε επόµενο βήµα, υπο µορφή µετακινήσεων στο κάτω σύνορο, Prescribed Displacements. Από το Loads Menu (Σχήµα 6.11) γίνεται η εισαγωγή της σεισµικής διέγερσης µε την εντολή Standard Earthquake Boundaries αλλά και ο ηµητρίου Ιωάννα 89

98 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS καθορισµός του δυναµικού συστήµατος µέσω της εντολής Set Dynamic load system. Οι οριζόντιες µετακινήσεις εισάγoνται ίσες µε τη µονάδα αν η χρονοιστορία του σεισµού εισαχθεί σε µέτρα (m), ενώ οι κατακόρυφες ίσες µε το µηδέν. Οι τιµές των µετακινήσεων αλλάζουν µε διπλό κλικ επάνω στα βέλη, µέσω του παραθύρου που φαίνεται στο σχήµα Σχήµα 6.11 : Εισαγωγή καταναγκασµών λόγω σεισµικής διέγερσης Σχήµα 6.12 : Εισαγωγή τροποποίηση τιµών µετακινήσεων ηµητρίου Ιωάννα 90

99 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Στο σηµείο αυτό έχει οριστεί πλήρως από πλευράς γεωµετρίας το µοντέλο προσοµοίωσης της υπό µελέτη κατασκευής. Συνεπώς για την συνέχεια της διαδικασίας επίλυσης, θα πρέπει να καθοριστούν οι ιδιότητες των χρησιµοποιούµενων υλικών (εδάφους soil & interfaces ). Επιλέγουµε το εικονίδιο Material Sets όπως φαίνεται στο σχήµα 6.13, από την γραµµή εργαλείων. Έτσι εµφανίζεται το παράθυρο µε την ίδια ονοµασία, το οποίο περιέχει την βάση δεδοµένων των υλικών του προγράµµατος. Μέσω αυτού του παραθύρου ο χρήστης έχει την δυνατότητα αφενός να δηµιουργήσει υλικά µε τις ιδιότητες και χαρακτηριστικά που επιθυµεί, αφετέρου να χρησιµοποιήσει τα υλικά που είναι ήδη αποθηκευµένα στην βιβλιοθήκη του προγράµµατος. Τα τελευταία εµφανίζονται µέσω της επιλογής Global (σχήµα 6.13). Τέλος πρέπει να σηµειωθεί ότι τα νέα υλικά που δηµιουργεί ο χρήστης µπορούν να προστεθούν στην βιβλιοθήκη του προγράµµατος και να χρησιµοποιηθούν σε κάποια επόµενη ανάλυση. Στο τοµέα Project Database υπάρχει ο διαχωρισµός των δεδοµένων των υλικών σε ήδη αποθηκευµένες οµάδες. Όπως φαίνεται και στο σχήµα, υπάρχουν τέσσερις οµάδες δεδοµένων οι οποίες εµφανίζονται επιλέγοντας την παράµετρο Set type. Οι επιλογές αυτές είναι οι εξής: εδοµένα για εδάφη και διεπιφάνειες Soil & Interfaces εδοµένα για δοκούς Beams εδοµένα για γεωυφασµάτων Geotextiles εδοµένα για αγκύρια Anchors Στον ίδιο τοµέα υπάρχει η επιλογή Group order µε την οποία ο χρήστης µπορεί να κατηγοριοποιήσει τα υλικά κάθε κατηγορίας ανάλογα µε : ηµητρίου Ιωάννα 91

100 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Τον τύπο του µοντέλου Model type Τον τύπο του υλικού Material Type Το όνοµα του υλικού Material Name Σχήµα 6.13 : Καθορισµός ιδιοτήτων υλικών Material Sets ηµητρίου Ιωάννα 92

101 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Καθορισµός εδαφικού υλικού Στο παράθυρο που εµφανίζεται για την δηµιουργία νέου εδάφους υπάρχουν τρία φύλλα πληροφοριών, τα General, Parameters και Interfaces, στα οποία ορίζονται πλήρως τα χαρακτηριστικά του νέου εδαφικού υλικού. Στο φύλλο General, µπορούµε στον τοµέα Material Set να επιλέξουµε αρχικά όνοµα του υλικού στο Identification και εν συνεχεία στα πεδία Material Model και Material type µπορούµε να επιλέξουµε τον καταστατικό νόµο που διέπει το υλικό και τον τύπο συµπεριφοράς του αντίστοιχα. Οι καταστατικοί νόµοι που µπορούν να επιλεχθούν έχουν αναφερθεί σε προηγούµενη παράγραφο, ενώ ο τύπος συµπεριφοράς του εδάφους φαίνεται στο σχήµα Επίσης στον τοµέα General properties µπορούµε να ορίσουµε το ξηρό ειδικό βάρος γdry και το φαινόµενο ειδικό βάρος γwet, τα οποία αναφέρονται στη συνολική µονάδα βάρους του εδάφους συµπεριλαµβανοµένου και του υλικού στους πόρους. Το γdry εισάγεται στους υπολογισµούς όταν το έδαφος είναι πάνω από την επιφάνεια του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, ενώ το γwet όταν είναι κάτω από αυτήν. Γενικά το γdry για πορώδη υλικά είναι µεγαλύτερο από το γwet. Τα ειδικά αυτά βάρη ενεργοποιούνται κατά την υπολογιστική διαδικασία µε την βοήθεια του πολλαπλασιαστή ΣΜweight. Στον τοµέα Permeability εισάγονται οι τιµές της διαπερατότητας του εδαφικού υλικού, οι οποίες απαιτούνται µόνο για αναλύσεις στερεοποίησης και υπολογισµούς υπόγειας ροής. Το πρόγραµµα Plaxis 8.6 κάνει διαχωρισµό της σε µία οριζόντια συνιστώσα διαπερατότητας Kx και µία κατακόρυφη Ky, αφού σε κάποια είδη εδαφών υπάρχει σηµαντική διαφορά στις δύο αυτές συνιστώσες. Το πρόγραµµα στα εδαφικά µοντέλα δεν περιέχει την βισκώδη απόσβεση. Συνεπώς αυτή πρέπει να οριστεί από τον χρήστη. Αυτό γίνεται ηµητρίου Ιωάννα 93

102 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS µέσω του εικονιδίου Advanced που υπάρχει κάτω δεξιά. Με το πάτηµα του εικονιδίου αυτού εµφανίζεται το παράθυρο του σχήµατος 6.15, όπου πρέπει να δοθούν οι παράµετροι απόσβεσης (Rayleigh damping). Οι παράµετροι alpha (α) και beta (β) είναι οι λεγόµενοι συντελεστές του Rayleigh και συνδέονται µεταξύ τους µε την εξίσωση: C = αm + βk όπου : C: η απόσβεση Μ: η µάζα Κ: η δυσκαµψία Η απόσβεση Rayleigh αποτελεί ένα από τα πιο κατάλληλα µέτρα απόσβεσης το οποίο συνδυάζει την επίδραση της απόσβεσης µε την µάζα και τη δυσκαµψία του συστήµατος. Ο συντελεστής «Rayleigh alpha» είναι η παράµετρος που καθορίζει την επιρροή της µάζας στην απόσβεση του συστήµατος. Όσο µεγαλύτερη είναι η τιµή του alpha τόσο οι χαµηλότερες συχνότητες αποσβένονται. Ο συντελεστής «Rayleigh beta» είναι η παράµετρος που καθορίζει την επιρροή της δυσκαµψίας στην απόσβεση του συστήµατος. Όσο µεγαλύτερη είναι η τιµή του beta τόσο οι υψηλότερες συχνότητες αποσβένονται. Οι συντελεστές του Rayleigh alpha (α) και beta (β) µπορούν να καθοριστούν από τουλάχιστον δύο δεδοµένες τιµές της απόσβεσης ξi, οι οποίες ανταποκρίνονται σε δύο συχνότητες ταλάντωσης ωi. Η σχέση µεταξύ των α, β, ξ, και ω είναι η εξής: α + βωi2 = 2ωi ξi Θέτοντας δύο τιµές του ξ, υπολογίζονται οι δύο αντίστοιχες τιµές ω και από το σύστηµα των δύο εξισώσεων βρίσκονται οι τιµές των α και β. ηµητρίου Ιωάννα 94

103 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Σχήµα 6.14 : Προσδιορισµός γενικών χαρακτηριστικών εδαφικού υλικού Σχήµα 6.15: Προσδιορισµός παραµέτρων απόσβεσης Στο φύλλο Parameters (σχήµα 6.16), εισάγονται οι παράµετροι της ακαµψίας και της σκληρότητας του εδαφικού µοντέλου που περιγράφουµε. Ανάλογα λοιπόν µε το µοντέλο συµπεριφοράς που χρησιµοποιείται, συµπληρώνονται και οι αντίστοιχες τιµές των παραµέτρων που ζητούνται. ηµητρίου Ιωάννα 95

104 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Στο πεδίο Stiffness εισάγεται το µέτρο ελαστικότητας Eref και ο λόγος του Poisson ν. Στο πεδίο Strength, αντίστοιχα, εισάγονται η συνοχή cref, η γωνία τριβής φ και η γωνία διογκωσιµότητας ψ. Το πεδίο Alternatives συµπληρώνεται αυτόµατα από το πρόγραµµα όταν εισαχθούν τιµές στο πεδίο Stiffness, όπως συµβαίνει και το αντίθετο όταν αυτό χρησιµοποιηθεί για την εισαγωγή δεδοµένων. Τα πεδίο Velocities περιέχει τις ταχύτητες διατµητικών κυµάτων (Vs) και των κυµάτων χώρου (Vp). Υπολογίζονται αυτόµατα απ το πρόγραµµα εφόσον εισαχθούν οι υπόλοιπες παράµετροι στο πρώτο πεδιο. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα οι ταχύτητες Vs και Vp να εισαχθούν ως δεδοµένα (input) και µέσω αυτών θα υπολογιστούν αυτόµατα οι ελαστικές παράµετροι. Σχήµα 6.16 : Προσδιορισµός παραµέτρων εδαφικού υλικού ηµητρίου Ιωάννα 96

105 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Τέλος στο φύλλο interfaces (Σχήµα 6.17) ορίζονται οι ιδιότητες των στοιχείων διεπιφάνειας. Αυτά είναι στοιχεία που χρησιµοποιούνται για την σύνδεση των στοιχείων της επένδυσης την κατασκευής µε αυτά του εδάφους. Σ αυτά συνήθως δίνονται ιδιότητες ίδιες µε αυτές των στοιχείων του εδαφικού µέσου, µειωµένες κατάλληλα, ώστε να ληφθεί υπόψη η αλληλεπίδραση µεταξύ εδάφους και κατασκευής. Η µείωση αυτή επιτυγχάνεται µε την εισαγωγή στον συντελεστή R inter τιµής µικρότερης της µονάδας. Με τον µειωτικό αυτό συντελεστή, πολλαπλασιάζονται τα c και φ του περιβάλλοντος εδάφους, και µε αυτό τον τρόπο επιτυγχάνεται συσχέτιση της αντοχής συνάφειας - τριβής, που οφείλεται στην τραχύτητα της επένδυσης στη διεπιφάνεια, µε την αντοχή του εδάφους. Σχήµα 6.17 : Προσδιορισµός παραµέτρων στοιχείων διεπιφάνειας Αφού οριστούν πλήρως τα υλικά εδάφους και κατασκευής, στην συνέχεια πρέπει να οριστεί ο κάνναβος των πεπερασµένων στοιχείων που χρησιµοποιεί το λογισµικό PLAXIS για κάθε επίλυση. Ο κάνναβος, θα υποδιαιρεθεί αυτόµατα σε µικρότερα τριγωνικά στοιχεία, µε την εντολή generate mesh από το INPUT όπως φαίνεται στο σχήµα Το δίκτυο αυτό εµφανίζεται σε ακατάστατη µορφή όπου η θέση άλλα και ο ηµητρίου Ιωάννα 97

106 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS προσανατολισµός των τριγωνικών στοιχείων γίνεται τυχαία από το πρόγραµµα. Όσο πιο πυκνό είναι το δίκτυο των πεπερασµένων στοιχείων, τόσο πιο λεπτοµερής θα είναι η ανάλυση, άλλα ανάλογα θα αυξηθεί και ο χρόνος υπολογισµού. Το πρόγραµµα δίνει τη δυνατότητα επιλογής του ποσοστού πύκνωσης των πεπερασµένων στοιχείων. Οι επιλογές πύκνωσης που παρέχονται είναι οι επόµενες και µπορούν να αλλάξουν από την επιλογή Global coarseness από το menu Mesh. Very coarse Coarse Medium Fine Very fine Το µέσο µέγεθος του πεπερασµένου στοιχείου l e δίνεται από τη σχέση: l e = ( x x )( y y ) max min max min n c όπου: xmax,min και ymax,min : οι συντεταγµένες του καννάβου nc : παράµετρος που εξαρτάται από τη κατάσταση πύκνωσης που έχει επιλεγεται ηµητρίου Ιωάννα 98

107 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Generate mesh Σχήµα 6.18 : ηµιουργία καννάβου πεπερασµένων στοιχείων Τέλος µπορεί από το menu Mesh µπορεί να γίνει επιπλέον πύκνωση του καννάβου είτε περιοχής εδάφους µε την επιλογή Refine cluster, είτε γύρω από κάποιο στοιχείο επένδυσης µε την επιλογή Refine line. Ο κάνναβος επικυρώνεται µε την επιλογή Update Πρόγραµµα υπολογισµού αρχικών συνθηκών Initial Conditions Στο σηµείο αυτό υπολογίζονται οι αρχικές συνθήκες του µοντέλου. Αυτό περιλαµβάνει τον υπολογισµό των αρχικών υδροστατικών και γεωστατικών τάσεων. Στις αναλύσεις δηµιουργούνται υδροστατικές τάσεις κάτω από τον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα. ηµητρίου Ιωάννα 99

108 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Με την εντολή Phreatic level, έχοντας πατηµένη την εντολή Initial pore pressures (Σχήµα 6.19) τοποθετούµε την στάθµη του υπόγειου ορίζοντα. Η πίεση του νερού των πόρων εµφανίζεται µε το πάτηµα του του εικονιδίου µε τους µπλέ σταυρούς µέσω της εντολής Genetate water pressures. Αλλάζοντας τον «διακόπτη» στην ένδειξη Initial stresses and geometry configuration και µε το πάτηµα του εικονιδίου µε τους κόκκινους σταυρούς µέσω της εντολής Genetate initial stress υπολογίζονται οι κατακόρυφες και οριζόντιες αρχικές γεωστατικές τάσεις σ yy και σ xx αντίστοιχα). Σχήµα 6.19 : Καθορισµός της στάθµης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα Πρόγραµµα υπολογισµών Calculation Program Με το υποπρόγραµµα αυτό, στο Plaxis 8.6 προσδιορίζονται οι παράµετροι των υπολογισµών που θα πραγµατοποιηθούν καθώς γίνεται και η ίδια η ανάλυση. Το πρόγραµµα δίνει την δυνατότητα στον χρήστη να πραγµατοποιήσει την ανάλυση σε επιµέρους στάδια. ηµητρίου Ιωάννα 100

109 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Για κάθε στάδιο υπάρχουν τρεις καρτέλες για τον πλήρη προσδιορισµό των παραµέτρων του κάθε σταδίου (step). Στην πρώτη καρτέλα General ορίζονται ο τύπος των υπολογισµών που θα πραγµατοποιηθούν. Οι επιλογές που υπάρχουν στο πρόγραµµα είναι Plastic, Consolidation και Phi-c reduction και Dynamic analysis (Σχήµα 6.20). Επίσης ορίζεται το όνοµα του περιγραφόµενου σταδίου καθώς και από το τέλος ποιου σταδίου αρχίζει αυτό. Σχήµα 6.20 : Γενικά χαρακτηριστικά ανάλυσης Στην δεύτερη κατά σειρά καρτέλα (Σχήµα 6.21), ορίζονται οι παράµετροι της ανάλυσης που πραγµατοποιείται σε κάθε στάδιο. Έτσι ορίζεται ο µέγιστος αριθµός βηµάτων στα οποία θα πρέπει να ολοκληρωθεί το συγκεκριµένο στάδιο, το γεγονός αν θέλει ο χρήστης να κρατήσει τιµές για όλα τα βήµατα υπολογισµού, αν θέλει να µηδενιστούν οι µετακινήσεις του προηγούµενου σταδίου και αν θέλει να αγνοηθούν οι αστράγγιστες συνθήκες. Επίσης µπορεί να επιλεγεί ο τρόπος της εισαγόµενης φόρτισης. Έτσι µπορεί να χρησιµοποιηθεί είτε η επιλογή total multipliers για συνολική επιβολή των φορτίσεων που ορίζονται ηµητρίου Ιωάννα 101

110 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS στην καρτέλα των Multipliers, είτε η επιλογή Staged construction για διαφοροποίηση του µοντέλου της κατασκευής. Σχήµα 6.21 : Παράµετροι ανάλυσης Τέλος στην τρίτη καρτέλα Multipliers (Σχήµα 6.22), ορίζονται οι πολλαπλασιαστές για κάθε στάδιο ανάλυσης ώστε να εισαχθούν οι διάφορες φορτίσεις. Με βάση αυτούς µπορεί ο χρήστης να εισάγει ολόκληρη την φόρτιση ή µέρος της. Στην καρτέλα αυτή επίσης γίνεται η ενεργοποίηση του δυναµικού φορτίου (δηλαδή του σεισµού) χρησιµοποιώντας το παράθυρο Dynamic loading - Displacements (σχήµα 6.22), µέσω του ενεργού εικονιδίου. Η καρτέλα αυτή ενεργοποιείται µόνο για αναλύσεις total multipliers. Η εισαγωγή του σεισµικού φορτίου µπορεί να γίνει είτε ενεργοποιώντας την εντολή Harmonic load multiplier, όπου ορίζει ο χρήστης µια αρµονική συνάρτηση, είτε µε την εντολή Load multiplier from data file, µε την οποία το σεισµικό φορτίο εισάγεται από κάποιο αποθηκευµένο αρχείο. Το αρχέιο σεισµού θα πρέπει να έχει τη µορφή ηµητρίου Ιωάννα 102

111 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS ενός απλού αρχείου κειµένου (.txt), (αρχείο ASCII), ή να είναι αρχείο SMC (.smc), (Strong Motion CD-ROM). Το αρχείο ASCII πρέπει να περιέχει σε κάθε γραµµή ένα ζεύγος τιµών (χρόνου-πολλαπλασιαστή) όπου µπορεί να χρησιµοποιηθούν επιταχύνσεις, ταχύτητες ή µετακινήσεις. Το αρχείο SMC χρησιµοποιεί ένα ειδικό format στο οποίο µπορεί επίσης να χρησιµοποιηθούν επιταχύνσεις, ταχύτητες ή µετακινήσεις µε τη διαφορά όµως ότι οι µονάδες µήκους είναι τα εκατοστόµετρα (cm). Πρέπει να σηµειωθεί ότι στο κάτω µέρος του παραθύρου του προγράµµατος υπολογισµών παρουσιάζονται τα σταδία της ανάλυσης και τα γενικά χαρακτηριστικά που ορίστηκαν. ηµητρίου Ιωάννα 103

112 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Σχήµα 6.22 : Πολλαπλασιαστές φορτίσεων ανάλυσης Πρόγραµµα αποτελεσµάτων Output Program Το υποπρόγραµµα αυτό παρουσιάζει γραφικά τα αποτελέσµατα της ανάλυσης. Έχοντας επιλέξει το στάδιο του οποίου θέλουµε να δούµε τα αποτελέσµατα εµφανίζεται αρχικά η τελική εικόνα που θα έχει το προφίλ µας στο τέλος του επιλεγµένου σταδίου. Το πρόγραµµα µας δίνει τη ηµητρίου Ιωάννα 104

113 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS δυνατότητα να δούµε την κατανοµή των επιταχύνσεων, ταχυτήτων και µετακινήσεων (ολικών, οριζόντιων και κατακόρυφων) µέσω του Deformations Menu, καθώς και την κατανοµή των τάσεων µέσω του Stresses Menu. Υπάρχει επιπλέον η δυνατότητα δηµιουργίας ταινίας από το View Menu µέσω της εντολής Create Animation. Τέλος, µπορούµε να δηµιουργήσουµε µια οποιαδήποτε τοµή στο µοντέλο µας, µέσω του εικονιδίου Cross section, κατά µήκος της οποίας δίνονται τα διαγράµµατα µετακινήσεων, ταχυτήτων, επιταχύνσεων, αλλά και τάσεων (ολικών, ενεργών και διατµητικών) Πρόγραµµα καµπυλων Curves Program Το υποπρόγραµµα αυτό δηµιουργεί για διάφορα επιλεγµένα σηµεία του προφιλ, καµπύλες οι οποίες ορίζονται από το χρήστη. Αυτές είναι δυνατόν να αποτελούνται από επιταχύνσεις, ταχύτητες, µετακινήσεις, πολ/στες, δυνάµεις, πιέσεις του νερού, χρονική διάρκεια, βήµατα και τάσεις (σχήµα 6.23). Σχήµα 6.23 : Επιλογές παραµέτρων για δηµιουργία καµπύλων ηµητρίου Ιωάννα 105

114 Κεφάλαιο 6o - Παρουσίαση του πρoγράµµατος PLAXIS Σε επόµενο κεφάλαιο θα περιγραφεί αναλυτικά ένα παράδειγµα δυναµικής ανάλυσης όπου θα παρουσιαστούν όλα τα επιµέρους βήµατα της διαδικασίας που ακολουθήθηκε. Πριν από αυτό όµως πρέπει να οριστούν τα δεδοµένα των αναλύσεων. ηµητρίου Ιωάννα 106

115 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων 7.1 Εισαγωγή Μετά τη γενική παρουσίαση του προγράµµατος που χρησιµοποιήθηκε στις αναλύσεις είναι σκόπιµο να γίνει η περιγραφή του προσοµοιώµατος και των δεδοµένων των αναλύσεων. Αρχικά, παρουσιάζονται οι παράµετροι που επιλέχτηκαν για τους κρηπιδότοιχους, τα εδάφη αλλά και τη σεισµική διέγερση. Στην συνέχεια, περιγράφονται όλες οι παραµετρικές αναλύσεις που έγιναν µε σκοπό να επιλεχτούν κάποιες παράµετροι, οπώς το πλάτος των ορίων του προφίλ και η απόσβεση των εδαφών και παρουσιάζονται τα σηµαντικότερα αποτελέσµατα αυτών. Τέλος, αναφέρονται οι συνδυασµοί των αναλύσεων που προέκυψαν συνολικά. ηµητρίου Ιωάννα 107

116 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων 7.2 Παρουσίαση του προσοµοιώµατος Το µοντέλο των αναλύσεων που πραγµατοποιήθηκαν αποτελείται από ένα κρηπιδότοιχο, ο οποίος κατασκεύαζεται σε ένα εδαφικό προφίλ που συνίσταται από δύο εδαφικά στρώµατα. Το πρώτο στρώµα εδάφους έχει πάχος ίσο µε το ύψος του τοίχου, ενώ το υποκείµενο σ αυτό έχει πάντα πάχος 30m. Οι ιδιότητες των εδαφικών σχηµατισµών παρουσιάζονται παρακάτω. Κάτω από τον τοίχο εδράζεται µια τοπική στρώση αµµοχάλικου, το οποίο έχει πάχος ίσο µε 0,2Η και κλίση 2:1. Το συνολικό πλάτος του προφίλ είναι 150m και προσδιορίστηκε µέσα από µια ερευνητική διαδικασία που θα παρουσιαστεί σε επόµενη παράγραφο. Το µοντέλο φορτίζεται µε σεισµικούς παλµούς µε διαφορετικά πλάτη και διαφορετικές ιδιοπεριόδους. Σχήµα 7.1: Παρουσίαση του µοντέλου 7.3 Επιλογή διαστάσεων και υλικού κρηπιδότοιχων Για την πραγµατοποίηση των δυναµικών αναλύσεων επιλέχθηκαν τέσσερις διαφορετικοί κρηπιδότοιχοι. Η επιλογή των διαστάσεων των τοίχων έγινε µε βάση παλιότερες και νέες κατασκευαστικές πρακτικές. Συνεπώς, δύο από τους τοίχους έχουν µικρότερες διαστάσεις, όπως αυτές που χρησιµοποιούνταν στο παρελθόν, ενώ οι άλλοι δύο µε µεγαλύτερες διαστάσεις. Το πλάτος των τοίχων υπολογίστηκε µε βάση την σχέση Β 0,7Η. Στον πίνακα που ακολουθεί παρουσιάζονται οι τελικές ηµητρίου Ιωάννα 108

117 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων διαστάσεις των τοίχων. Στην πράξη οι µικροί σε διαστάσεις τοίχοι είναι τύπου block, ενώ οι µεγαλύτεροι είναι τοίχοι caisson. Στις αναλύσεις της παρούσας εργασίας για απλοποίηση, οι τοίχοι προσοµοιώθηκαν ως ενιαίο σώµα. Οι κρηπιδότοιχοι προσοµοιώθηκαν ως ένα στερεό ενιαίο σώµα. Οι παράµετροι που επιλέχθηκαν για την προσοµοίωση τους είναι τα εξής : - Μοντέλο υλικού : Γραµµικό ελαστικό (Linear elastic) - Τύπος υλικού : όχι πορώδες (Non-porous) - Ε=2, ΚN/m 2 - γ=25 KN/m 3 - ν=0,2 Πίνακας 7.1 ιαστάσεις κρηπιδότοιχων Τοίχος Β (m) Η (m) Α 5 8 Β 7 10 C 9 12 D Επιλογή συνδυασµών εδαφικών σχηµατισµών Το έδαφος που βρίσκεται δεξιά από τον τοίχο έχει σε όλες τις αναλύσεις πάχος ίσο µε το ύψος του τοίχου και είναι αµµοχάλικο µε ταχύτητα διατµητικών κυµάτων Vs=400m/sec. Το υποκείµενο έδαφος έχει πάχος 30 m. Γι αυτό το εδαφικό στρώµα επιλέχθηκαν τέσσερεις διαφορετικοί τύποι εδαφών, σύµφωνα µε το µέρος 1 του Ευρωκώδικα 8 ( : Identification of ground types part 1, EC8), όπου η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών στη σεισµική κίνηση µπορεί γενικά να ληφθεί υπόψη κατατάσσοντας το έδαφος σε 5 κατηγορίες A, B, C, D και Ε, όπως περιγράφονται από τις παραµέτρους του πίνακα 7.2 (Table 3.1 EC8). ηµητρίου Ιωάννα 109

118 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Όπου Vs,30 ο µέσος όρος της ταχύτητας των διατµητικών κυµάτων στα πρώτα 30m βάθος και υπολογίζεται από τη σχέση : όπου : hi : το πάχος της εδαφικής στρώσης i σε µέτρα (m) Vi : N : η ταχύτητα των διατµητικών κυµάτων στο στρώµα i o αριθµός των στρωµάτων που υπάρχουν στα πρώτα 30m βάθος της εδαφικής τοµής Επιλέχθηκαν δύο εδάφη να ανήκουν στην κατηγορία Β (µία άµµος και µία άργιλος) και τα υπόλοιπα δύο στην κατηγορία C (µία άµµος και µία άργιλος). Ετσι, προέκυψαν τέσσερα εδάφη µε τις ιδιότητες που παρουσιάζονται στον πίνακα 7.3. Στα σχήµατα δίνονται παραστατικά οι τέσσερεις συνδυασµοί εδαφών που χρησιµοποιήθηκαν στις αναλύσεις. ηµητρίου Ιωάννα 110

119 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Πίνακας 7.2 Τύποι εδαφών Πίνακας 7.3 Ιδιότητες εδαφών Ι ΙΟΤΗΤΕΣ ΑΜΜΟΧΑΛΙΚΟ Έ ΑΦΟΣ Β Έ ΑΦΟΣ B1 - SM B2 - SM-SG B3 - CL1 B4 - CL2 A (SG) (EC8-C) (EC8-B) (EC8-C) (EC8-B) γd (KΝ/m 3 ) ,5 19,5 γsat (KΝ/m 3 ) , ,5 Vs (m/sec) v 0,3 0,35 0,35 0,35 0,35 0,35 c φ (ο) kx 1 0,05 0,05 0, ky 1 0,05 0,05 0, ηµητρίου Ιωάννα 111

120 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Συνδυασµός εδαφών 1: γd=18kn/m3 γsat=20kn/m3 c=1kn/m2 φ=40 γd=20kn/m3 γsat=21kn/m3 c=1kn/m2 φ=38 γd=18kn/m3 γsat=19,5kn/m3 c=2kn/m2 φ=30 Σχήµα 7.2 : Απεικόνιση του συνδυασµού εδαφών 1 Συνδυασµός εδαφών 2: γd=18kn/m3 γsat=20kn/m3 c=1kn/m2 φ=40 γd=20kn/m3 γsat=21kn/m3 c=1kn/m2 φ=38 γd=19kn/m3 γsat=21kn/m3 c=2kn/m2 φ=35 Σχήµα 7.3 : Απεικόνιση του συνδυασµού εδαφών 2 Συνδυασµός εδαφών 3: γd=18kn/m3 γsat=20kn/m3 c=1kn/m2 φ=40 γd=20kn/m3 γsat=21kn/m3 c=1kn/m2 φ=38 γd=18,5kn/m3 γsat=20kn/m3 c=30kn/m2 φ=17 Σχήµα 7.4 : Απεικόνιση του συνδυασµού εδαφών 3 ηµητρίου Ιωάννα 112

121 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Συνδυασµός εδαφών 4: γd=18kn/m3 γsat=20kn/m3 c=1kn/m2 φ=40 γd=20kn/m3 γsat=21kn/m3 c=1kn/m2 φ=38 γd=19,5kn/m3 γsat=21,5kn/m3 c=40kn/m2 φ=20 Σχήµα 7.5 : Απεικόνιση του συνδυασµού εδαφών 4 Οι συνδυασµοί 1 και 3 έχουν: µέση ταχύτητα: Vs µέσο = = 287,5m / sec 40 4H 4 40 και ιδιοπερίοδο: Τp= = = 0,55sec Vs 287,5 Οι συνδυασµοί 2 και 4 έχουν: µέση ταχύτητα: Vs µέσο = = 475m / sec 40 4H 4 40 και ιδιοπερίοδο: Τp= = = 0,34sec Vs 475 Σε περιπτώσεις που η ιδιοπερίοδος του εδάφους ήταν ίδια µε αυτήν της σεισµικής δόνησης είχαµε το φαινόµενο του συντονισµού. 7.5 Επιλογή σεισµικής κίνησης Ως σεισµική κίνηση εισαγωγής χρησιµοποίηθηκε ο παλµός ricker. Συγκεκριµένα, έγινε χρήση 12 διαφορετικών παλµών, κυµαινόµενου πλάτους και συχνότητας από 0,1-0,7g και 0,3-0,9sec αντίστοιχα. Στον πίνακα 7.4 παρουσιάζονται όλες οι παράµετροι των δώδεκα παλµών που τελικά επιλέχθηκαν, ενώ στα σχήµατα φαίνεται η µορφή τους. ηµητρίου Ιωάννα 113

122 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Πίνακας 7.4 Παράµετροι σεισµικών παλµών (ricker) Name start time step Duration (sec) Order Amplitude Max ampitude time Ts Pseudo-Period Tp ricker1 0 0, ,1 0,5 0,3 ricker2 0 0, ,3 0,5 0,3 ricker3 0 0, ,5 0,5 0,3 ricker4 0 0, ,7 0,5 0,3 ricker5 0 0, ,1 1,0 0,6 ricker6 0 0, ,3 1,0 0,6 ricker7 0 0, ,5 1,0 0,6 ricker8 0 0, ,7 1,0 0,6 ricker9 0 0, ,1 1,5 0,9 ricker10 0 0, ,3 1,5 0,9 ricker11 0 0, ,5 1,5 0,9 ricker12 0 0, ,7 1,5 0,9 0,10 ricker1 0,05 a (g) 0,00-0,05 0 0,2 0,4 0,6 0,8 T (sec) 1-0,10 Σχήµα 7.6 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker1 ηµητρίου Ιωάννα 114

123 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων 0,30 ricker2 0,20 a (g) 0,10 0,00-0,10-0,20 0 0,2 0,4 0,6 0,8 T(sec) 1-0,30 Σχήµα 7.7 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker2 0,50 ricker3 0,30 a (g) 0,10-0,10 0 0,2 0,4 0,6 0,8 T(sec) 1-0,30-0,50 Σχήµα 7.8 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker3 0,70 ricker4 0,50 0,30 a (g) 0,10-0,10-0,30 T(sec) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1-0,50-0,70 Σχήµα 7.9 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker4 ηµητρίου Ιωάννα 115

124 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων 0,10 ricker5 0,05 a (g) 0,00-0,05 0 0,5 1 1,5 T(sec) 2-0,10 Σχήµα 7.10 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker5 0,30 ricker6 a (g) 0,20 0,10 0,00-0,10-0,20-0,30 0 0,5 1 1,5 T(sec) 2 Σχήµα 7.11 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker6 0,50 ricker7 0,30 a (g) 0,10-0,10 0 0,5 1 1,5 T(sec) 2-0,30-0,50 Σχήµα 7.12 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker7 ηµητρίου Ιωάννα 116

125 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων 0,70 ricker8 0,50 0,30 a (g) 0,10-0,10-0,30 0 0,5 1 1,5 2 T(sec) -0,50-0,70 Σχήµα 7.13 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker8 0,10 ricker9 0,05 a (g) 0,00-0,05 0 0,5 1 1,5 2 2,5 T(sec) 3-0,10 Σχήµα 7.14 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker9 0,30 ricker10 0,20 0,10 a (g) 0,00-0,10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 T(sec) 3-0,20-0,30 Σχήµα 7.15 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker10 ηµητρίου Ιωάννα 117

126 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων 0,50 ricker11 0,30 a (g) 0,10-0,10 0 0,5 1 1,5 2 2,5 T(sec) 3-0,30-0,50 Σχήµα 7.16 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker11 0,70 ricker12 0,50 0,30 a (g) 0,10-0,10-0,30 0 0,5 1 1,5 2 2,5 T(sec) 3-0,50-0,70 Σχήµα 7.17 : Απεικόνιση του σεισµικού παλµού ricker ιαδικασία επιλογής παραµέτρων Όρια προφίλ Στις στατικές αναλύσεις δεν έχει µεγάλη σηµασία που θα τοποθετηθούν τα όρια του εδαφικού προφιλ. Όταν όµως πρόκειται για δυναµικές αναλύσεις πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή. Όπως είναι γνωστό, τα σεισµικά κύµατα ταξιδεύουν στο χώρο και ενισχύονται ή αποσβένονται. Πέραν αυτών όµως έχουν και άλλες ιδιότητες όπως η ανάκλαση και η διάθλαση όταν προσπίψουν σε µία διεπιφάνεια. Λόγω αυτών των ιδιοτήτων τα όρια του εδαφικού προφίλ πρέπει να τοποθετούνται σε ηµητρίου Ιωάννα 118

127 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων τέτοια απόσταση ώστε η διάθλαση και η ανάκλαση των σεισµικών κυµάτων να µην επηρεάζει τα αποτελέσµατα. Έτσι, πριν από την πραγµατοποίηση των αναλύσεων έγινε µια ερευνητική διαδικασία για το που θα τοποθετηθούν τα όρια. Από τις πολλές παραµετρικές αναλύσεις (περίπου 40) που έγιναν για την επιλογή του πλάτους των ορίων του προφίλ θα παρουσιαστούν οι τελικές και σηµαντικότερες. Αρχικά, δηµιουργήθηκε ένα εδαφικό προφιλ, χωρίς την παρουσία του κρηπιδότοιχου, µε πλάτος ορίων 100m, τo οποίο φορτίστηκε µε ένα σεισµικό παλµό (Ricker) πλάτους 0,01g και ιδιοπερίοδο Τp=0,6 sec. Επιλέχθηκε το πλάτος του σεισµικού παλµού να είναι µικρό για να µην υπάρχουν µεγάλες παραµορφώσεις στα εδάφη. Το σηµείο της επιφάνειας του εδάφους από το οποίο συγκεντρώθηκαν τα αποτελέσµατα θεωρήθηκε σηµείο ελεύθερου πεδίου (free field). Τα εδάφη που αποτελούσαν το προφίλ ήταν δύο από αυτά που θα χρησιµοποιηθούν αργότερα στις αναλύσεις. Συγκεκριµένα οι εδαφικοί σχηµατισµοί που χρησιµοποιήθηκαν είναι αυτοί του συνδυασµού 1, όπως αυτός ορίζεται σε επόµενη παράγραφο (βλ. 7.4), ενώ οι αναλύσεις έγιναν µε µηδενική απόσβεση (βλ ). Με τους ίδιους εδαφικούς σχηµατισµούς και την ίδια σεισµική δόνηση έγιναν παράλληλα και αναλύσεις εδαφικής σεισµικής απόκρισης µε το πρόγραµµα EERA (µονοδιάστατη ισοδύναµη γραµµική ανάλυση). Επιπλέον, έγιναν µονοδιάστατες ισοδύναµες γραµµικές αναλύσεις και µε το πρόγραµµα Cyberquake. Για την πραγµατοποίηση των µονοδιάστατων ισοδύναµων γραµµικών αναλύσεων χρησιµοποιήθηκαν οι καµπύλες G-γ-D που προτείνει ο Darendeli (2001) και παρουσιάζονται στο σχήµα Για το πρώτο στρώµα χρησιµοποιήθηκαν οι καµπύλες που αντιστοιχούν σε σο =0,25 atm και PI=0, ενώ για το δεύτερο αυτές που αντιστοιχούν σε σο =1 atm και PI=0. ηµητρίου Ιωάννα 119

128 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Σχήµα 7.18: Καµπύλες G-γ-D για σ ο =0,25atm και σ ο =1atm αντίστοιχα. Από τη σύγκριση των αναλύσεων αυτών παρατηρήθηκε πως στο εδαφικό προφίλ του προγράµµατος PLAXIS µε 100m πλάτος ορίων δεν είχαµε ενίσχυση της επιτάχυνσης στην επιφάνεια του εδάφους. Αυτό γίνεται αντιληπτό και από τη σύγκριση των φασµάτων Fourier (Σχήµα 7.19) όπου το πλάτος Fourier από το πρόγραµµα PLAXIS είναι πολύ µικρότερο από τα άλλα δύο. Φάσµατα Fourier Amplitude 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0, f (Hz) PLAXIS EERA Cyberquake Σχήµα 7.19 : Σύγκριση των φασµάτων Fourier για τον εδαφικό συνδυασµό 1 ηµητρίου Ιωάννα 120

129 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Στην συνέχεια έγιναν δοκιµές για πλάτος ορίων 200m. Παρατηρήθηκε ότι η ενίσχυση στην επιφάνεια του εδάφους µε το πρόγραµµα PLAXIS ήταν πολύ µεγάλη σε σχέση µε τα άλλα δύο προγράµµατα και η σύγκριση των αντίστοιχων φασµάτων Fourier φαίνεται στο σχήµα Amplitude 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 Φάσµατα Fourier PLAXIS EERA cyberquake 0, f (Hz) Σχήµα 7.20 : Σύγκριση των φασµάτων Fourier για τον εδαφικό συνδυασµό 1 Τέλος, έγιναν δοκιµές για πλάτος ορίων 150m. Παρατηρήθηκε ότι η ενίσχυση στην επιφάνεια του εδάφους µε το πρόγραµµα PLAXIS ήταν συγκρίσιµη µε αυτήν από τα άλλα δύο προγράµµατα και η σύγκριση των αντίστοιχων φασµάτων Fourier φαίνεται στο σχήµα Το πλάτος fourier για το συνδυασµό εδαφών 1 είναι µεταξύ των πλατών των άλλων δύο προγραµµάτων, τα οποία ακόµα και µεταξύ τους παρουσιάζουν διαφοροποιήσεις. Φυσικά, η σύγκριση πρέπει να γίνεται µε επιφύλαξη, αφού οι αναλύσεις από κάθε πρόγραµµα βασίζονται σε διαφορετικό υπόβαθρο (µονοδιάστατες ισοδύναµες διδιάστατες αναλύσεις πεπερασµένων στοιχείων). ηµητρίου Ιωάννα 121

130 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Amplitude 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Φάσµατα Fourier PLAXIS EERA cyberquake f (Hz) Σχήµα 7.21 : Σύγκριση των φασµάτων Fourier για τον εδαφικό συνδυασµό 1 Με βάση όλα τα παραπάνω, επιλέχθηκε το προφίλ του πλάτους των 150m για τις αναλύσεις της σεισµικής απόκρισης των κρηπιδότοιχων στο Plaxis Απόσβεση εδαφών Το πρόγραµµα, όπως προαναφέρθηκε στο κεφάλαιο 6, στα εδαφικά µοντέλα δεν περιέχει την βισκώδη απόσβεση. Συνεπώς αυτή πρέπει να οριστεί από τον χρήστη µε το να δοθούν οι παράµετροι απόσβεσης (Rayleigh damping). Οι παράµετροι alpha (α) και beta (β) είναι οι λεγόµενοι συντελεστές του Rayleigh και συνδέονται µεταξύ τους µε την εξίσωση: C = αm + βk όπου : C: η απόσβεση Μ: η µάζα Κ: η δυσκαµψία Η απόσβεση Rayleigh αποτελεί ένα από τα πιο κατάλληλα µέτρα απόσβεσης το οποίο συνδυάζει την επίδραση της απόσβεσης µε την µάζα και τη δυσκαµψία του συστήµατος. Ο συντελεστής «Rayleigh alpha» ηµητρίου Ιωάννα 122

131 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων είναι η παράµετρος που καθορίζει την επιρροή της µάζας στην απόσβεση του συστήµατος, ενώ ο συντελεστής «Rayleigh beta» είναι η παράµετρος που καθορίζει την επιρροή της δυσκαµψίας. Οι συντελεστές του Rayleigh alpha (α) και beta (β) µπορούν να καθοριστούν από τουλάχιστον δύο δεδοµένες τιµές της απόσβεσης ξi, οι οποίες ανταποκρίνονται σε δύο συχνότητες ταλάντωσης ωi. Η σχέση µεταξύ των α, β, ξ, και ω είναι η εξής: α + βωi2 = 2ωi ξi Θέτοντας δύο τιµές του ξ, αφού υπολογιστούν οι δύο αντίστοιχες τιµές ω, από το σύστηµα των δύο εξισώσεων βρίσκονται οι τιµές των α και β. Για τον προσδιορισµό της απόσβεσης του εδάφους έγιναν περίπου 50 παραµετρικές αναλύσεις, στις οποίες αρχικά το µοντέλο αποτελούνταν µόνο από εδαφικούς σχηµατισµούς, ενώ στην παράγραφο αυτή θα παρουσιαστούν οι βασικότερες από αυτές. Για τα µοντέλα αυτά υπολογίστηκαν τα αντίστοιχα φάσµατα Fourier, και συγκρίθηκαν µε τα φάσµατα που προέκυψαν από µονοδιάστατες ισοδύναµες γραµµικές αναλύσεις µε το πρόγραµµα EERA. Τα εδαφικά προσοµοιώµατα που χρησιµοποιήθηκαν είναι αυτά για τα οποία θα γίνουν οι αναλύσεις στη συνέχεια. Συγκεκριµένα, χρησιµοποιήθηκαν οι συννδυασµοί εδαφών 1 και 2. Οι τιµές των παραµέτρων alpha (α) και beta (β) υπολογίστηκαν για σταθερή απόσβεση συστήµατος ξ=5%, για κάθε ιδιοπερίοδο από αυτές που θα χρησιµοποιηθούν στις αναλύσεις (βλ. 7.5) παρουσιάζονται στον πίνακα 7.5. Επιλέχθηκε η φόρτιση να γίνει µε σεισµικό παλµό (Ricker) µικρού πλάτους, ίσο µε 0,01g και ιδιοπερίοδο Τp=0,6 sec, για να µην υπάρχουν µεγάλες παραµορφώσεις στα εδάφη. Πίνακας 7.5 Παράµετροι απόσβεσης (Rayleigh) Τ p (sec alpha (α) beta (β) ηµητρίου Ιωάννα 123

132 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Από τις αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν υπολογίστηκαν τα φάσµατα Fourier, τα οποία παρουσιάζονται σε σύγκριση µε τα αντίστοιχα φάσµατα του προγράµµατος EERA στα σχήµατα ,06 0,05 Φάσµατα Fourier EERA PLAXIS Amplitude 0,04 0,03 0,02 ` 0,01 0 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 f (Hz) Σχήµα 7.22 : Σύγκριση των φασµάτων Fourier για τον εδαφικό συνδυασµό 1 0,03 0,025 Φάσµατα Fourier EERA PLAXIS Amplitude 0,02 0,015 0,01 0, ,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00 f (Hz) Σχήµα 7.23 : Σύγκριση των φασµάτων Fourier για τον εδαφικό συνδυασµό 2 Από τη σύγκριση των φασµάτων παρατηρούµε µικρές αναµενόµενες διαφοροποιήσεις, οι οποίες οφείλονται στο διαφορετικό θεωρητικό υπόβαθρο των αναλύσεων. Στην συνέχεια, η απόσβεση αυτή ελέγχθηκε µε αναλύσεις µοντέλων που αποτελούνταν από εδαφικά προφίλ µε την παρουσία τοίχου. Οι ηµητρίου Ιωάννα 124

133 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων εδαφικοί σχηµατισµοί που χρησιµοποιήθηκαν ήταν οι ίδιοι µε τις προηγούµενες αναλύσεις. Στα προσοµοιώµατα αυτά υπολογίστηκαν οι οριζόντιες µετακινήσεις της κορυφής του τοίχου, µε και χωρίς απόσβεση, για διάφορες φορτίσεις. Επιλεκτικά παρουσιάζονται κάποιες από αυτές στον πίνακα 7.6. Πίνακας 7.6 Σύγκριση µετακινήσεων µε ή χωρίς απόσβεση για τον εδαφικό συνδυασµό 2 Χωρίς απόσβεση Με απόσβεση a input ux (m) ux (m) T p=0.6sec T p=0.9sec T p=0.6sec T p=0.9sec 0,01g 4,818E-05 9,837E-05 1,083E-05 1,141E-03 0,1g 0,021 0,027 1,952E-04 0,013 0,3g 0,136 0,218 0,040 0,082 0,5g 0,165 0,293 0,073 0,119 Επιπλέον ερευνήθηκε και η επιλογή της σχετικής ολίσθησης του τοίχου µε το έδαφος γύρω από αυτόν. Όπως προαναφέρθηκε στο κεφάλαιο 6, αυτό επιτυγχάνεται µε τον καθορισµό των ιδιοτήτων των στοιχείων διεπιφάνειας. Αυτά είναι στοιχεία που χρησιµοποιούνται για την σύνδεση των στοιχείων της επένδυσης την κατασκευής µε αυτά του εδάφους. Σ αυτά συνήθως δίνονται ιδιότητες ίδιες µε αυτές των στοιχείων του εδαφικού µέσου, µειωµένες κατάλληλα, ώστε να ληφθεί υπόψη η αλληλεπίδραση µεταξύ εδάφους και κατασκευής. Η µείωση αυτή επιτυγχάνεται µε την εισαγωγή στον συντελεστή Rinter τιµής µικρότερης της µονάδας. Επιλέξαµε να πάρουµε τον συντελεστή αυτό ίσο µε τη µονάδα αλλά και ίσο µε 0,7 για να συγκρίνουµε και πάλι τις µετακινήσεις της κορυφής του τοιχου µε και χωρίς απόσβεση. Τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στον πίνακα 7.7. ηµητρίου Ιωάννα 125

134 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων Πίνακας 7.7 Σύγκριση µετακινήσεων µε ή χωρίς ολίσθηση του τοίχου για τον εδαφικό συνδυασµό 1 a input Χωρίς απόσβεση ux (m) (T p=0.9sec) Με απόσβεση ux (m) (T p=0.9sec) R inter=1 R inter=0.7 R inter=1 R inter=0.7 0,3g 0,319 0,375 0,072 0,075 0,5g 0,372 0,437 0,154 0,157 Από τη σύγκριση των αποτελέσµάτων των παραπάνω πινάκων παρατηρήθηκε πως η απόσβεση αυτή αποµειώνει κατά πολύ την κίνηση. Οι µετακινήσεις είναι πολύ µικρές και δεν είναι συµβατές µε τις µετακινήσεις που έχουν παρατηρηθεί µέχρι σήµερα. Τελικά, αποφασίστηκε να µην χρησιµοποιηθεί καθόλου απόσβεση στις αναλυσεις σεισµικής απόκρισης κρηπιδότοιχων, γεγονός που είναι προς την µεριά της ασφάλειας, ενώ παράλληλα θα θεωρηθεί στην διεπιφάνεια τοίχου εδάφους σχετική ολίσθηση. 7.7 Συνδυασµοί αναλύσεων Κάθε ένας από τους τέσσερις κρηπιδότοιχους τοποθετείται στους τέσσερις εδαφικούς συνδυασµούς και φορτίζεται µε τους δώδεκα σεισµικούς παλµούς που προαναφέρφηκαν. Συνολικά οι δυναµικές αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν για την µελέτη της σεισµικής απόκρισης των κρηπιδότοιχων είναι: [4 τοίχοι] x [4 συνδυασµοί εδαφών] x [12 παλµοί]=192 αναλύσεις Η κωδικοποίηση που επιλέχθηκε να χρησιµοποιηθεί για τις αναλύσεις περιγράφεται παρακάτω. Αρχικά το όνοµα χωρίζεται σε 5 τµήµατα τα οποία διαχωρίζονται µεταξύ τους µε -. Η γενική µορφή της ονοµασίας είναι η εξής : Η-Β-Α-Βi-r. Το πρώτο τµήµα H δηλώνει το ύψος του κρηπιδότοιχου. Το δεύτερο Β δηλώνει το πλάτος του κρηπιδότοιχου. Το τρίτο Α δηλώνει το έδαφος που βρίσκεται πίσω από τον τοίχο, ενώ το ηµητρίου Ιωάννα 126

135 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων τέταρτο Βi δηλώνει το υποκείµενο έδαφος και µπορει να έχει τους χαρακτήρες Β1, Β2, Β3, Β4, ανάλογα µε την κατηγορία του Ευρωκώδικα 8 στην οποία κατατάσσεται το έδαφος. Τέλος το πέµπτο τµήµα r δηλώνει τον σεισµικό παλµό µε τον οποίο φορτίζεται το µοντέλο. Συνεπώς, οι συνδυασµοί αναλύσεων που προκύπτουν είναι: - Κρηπιδότοιχος µε Η=8m και Β=5m 8-5-Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β4-12 ηµητρίου Ιωάννα 127

136 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων - Κρηπιδότοιχος µε Η=10m και Β=7m 10-7-Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β4-12 -Κρηπιδότοιχος µε Η=12m και Β=9m 12-9-Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β4-12 ηµητρίου Ιωάννα 128

137 Κεφάλαιο 7ο Προσοµοίωµα και δεδοµένα αναλύσεων - Κρηπιδότοιχος µε Η=16m και Β=11m Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β Α-Β4-12 ηµητρίου Ιωάννα 129

138 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Κεφάλαιο 8o Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης 8.1 Εισαγωγή Στο παρόν κεφάλαιο αναπτύσσονται όλα τα στάδια ανάλυσης µέχρι την εξαγωγή της σεισµικής απόκρισης του συστήµατος τοίχου-εδάφους. Θα παρουσιαστεί ένα αναλυτικό παράδειγµα µιας εκ των 192 αναλύσεων που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διπλωµατικής εργασίας, ενώ σε συγκεντρωτικό πίνακα στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζονται κάποιες επιλεγµένες παράµετροι της σεισµικής αποκρίσης ανά τοίχο και ανά έδαφος. Αρχικά, παρουσιάζεται η εισαγωγή των δεδοµένων και όλες οι παράµετροι που χρησιµοποιήθηκαν στο στάδιο αυτό. Στη συνέχεια, δίνονται οι βασικές παράµετροι του σταδίου των υπολογισµών και τέλος παρατίθενται τα αποτελέσµατα της ανάλυσης (χρονοιστορίες µετακινήσεων και επιταχύνσεων, ενεργές και διατµητικές τάσεις και ωθήσεις γύρω απ τον τοίχο, κτλ.). ηµητρίου Ιωάννα 130

139 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης 8.2 Πλήρες παράδειγµα αναλύσεων Το παράδειγµα που ακολουθεί είναι η δυναµική ανάλυση 10-7-Α-Β2-12, η οποία αναφέρεται σε έναν κρηπιδότοιχο διαστάσεων: 10m ύψος και 7m πλάτος. Κατασκευάζεται στον συνδυασµό των εδαφικών σχηµατισµών Α (SG) και Β2 (SM-SG) όπως αυτά ορίστηκαν στο προηγούµενο κεφάλαιο. Το πρώτο εδαφικό στρώµα εκτείνεται σε βάθος 10 µέτρων ενώ το δεύτερο έχει πάχος 30 µέτρα. Κάτω από τον τοίχο έχει τοποθετηθεί στρώση αµµοχάλικου ύψους 2 µέτρων. Φορτίζεται µε τον σεισµικό παλµό (ricker) 12, ο οποίος έχει θεµελιώδη ιδιοπερίοδο Tp=0,9sec και πλάτος a=0,7g (Σχήµα 8.1). a=0,7g Tp=0,9sec Σχήµα 8.1: Παρουσίαση του µοντέλου Κατασκευή γεωµετρικού µοντέλου και εισαγωγή δεδοµένων Στο σχήµα 8.2 παρουσιάζεται το φύλλο Project. Όπως παρατηρούµε επιλέγουµε µοντέλο επίπεδης παραµόρφωσης ενώ χρησιµοποιούνται 15 κοµβα πεπερασµένα στοιχεία. Οι διαστάσεις του καννάβου σχεδίασης καθώς και οι µονάδες µέτρησης κάθε µεγέθους φαίνονται στο σχήµα 8.3. Στις δυναµικές αναλύσεις ως µονάδα χρόνου επιλέγεται το δευτερόλεπτο (sec) έτσι ώστε τα αποτελέσµατα να εξάγoνται µε βάση αυτή τη µονάδα. Στην συνέχεια, σχεδιάζεται γεωµετρικά το µοντέλο και οι διεπιφάνειες των εδαφικών σχηµατισµών, γίνεται η εισαγωγή των ηµητρίου Ιωάννα 131

140 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης συνοριακών συνθηκών (Standard fixities) και των καταναγκασµών και ορίζεται το δυναµικό σύστηµα φόρτισης (Σχήµα 8.4). Σχήµα 8.2: Εισαγωγή γενικών χαρακτηριστικών µοντέλου Σχήµα 8.3: Προσδιορισµός διαστάσεων καννάβου σχεδίασης ηµητρίου Ιωάννα 132

141 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.4: Προσδιορισµός γεωµετρικού µοντέλου Επόµενο βήµα είναι ο προσδιορισµός των χαρακτηριστικών των εδαφικών σχηµατισµών, όπως αυτά ορίστηκαν στο προηγουµενο κεφάλαιο (Σχήµα 8.5). Στο συγκεκριµένο παράδειγµα, ένα επιφανειακό στρώµα αµµοχάλικου (SG), µε ταχύτητα Vs=400 m/sec, εδράζεται πάνω σε ένα στρώµα άµµου (SM-SG) ταχύτητας Vs=500 m/sec (Σχήµα 8.6). κάτω από τον τοίχο έχει τοποθετηθεί στρώση αµµοχάλικου (SG, Vs=450m/sec) για βελτίωση του εδάφους. Οι παράµετροι των εδαφών για το συγκεκριµένο παράδειγµα φαίνονται στα σχήµατα Μεταξύ του τοίχου και του εδάφους δεξιά και κάτω από αυτόν έχει θεωρηθεί µια επιφάνεια σχετικής ολίσθησης (interface), η οποία καθορίζεται από τον συντελεστή Rinter=0,7(=2/3) (Σχήµα 8.11). Η διακριτοποίηση που επιλέχθηκε αποτελεί την µέγιστη σε πυκνότητα διακριτοποίηση µε την οποία µπορούσε να πραγµατοποιηθεί η ανάλυση. Παρουσιάζεται στο σχήµα 8.12 και είναι ίδια για όλες τις αναλύσεις ( coarse ). ηµητρίου Ιωάννα 133

142 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.5: Καθορισµός ιδιοτήτων υλικών Y 0 X SG Vs=450 m/sec SG Vs=400 m/sec SM-SG Vs=500 m/sec 3 1 ~ 2 ~ Σχήµα 8.6: Προσδιορισµός εδαφικών σχηµατισµών ηµητρίου Ιωάννα 134

143 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.7: Προσδιορισµός παραµέτρων του εδαφικού σχηµατισµού Α Σχήµα 8.8: Προσδιορισµός παραµέτρων του αµµοχάλικου Σχήµα 8.9: Προσδιορισµός παραµέτρων του εδαφικού σχηµατισµού Β2 ηµητρίου Ιωάννα 135

144 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.10: Προσδιορισµός παραµέτρων του τοίχου Σχήµα 8.11: Προσδιορισµός παραµέτρων στοιχείων διεπιφάνειας του τοίχου ηµητρίου Ιωάννα 136

145 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.12: ιακριτοποίηση του µοντέλου µε πεπερασµένα στοιχεία Υπολογισµός αρχικών συνθηκών Στο σηµείο αυτό, όπως προαναφέρθηκε, υπολογίζονται οι αρχικές συνθήκες του µοντέλου. Αυτό περιλαµβάνει τον υπολογισµό των αρχικών υδροστατικών και γεωστατικών τάσεων. Αρχικά προσδιορίζεται η στάθµη του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα κάτω από την οποία δηµιουργούνται υδροστατικές πιέσεις και η ανάπτυξη αυτών (Σχήµα 8.13). Στις αναλύσεις της παρούσας εργασίας ο υπόγειος ορίζοντας τοποθετήθηκε 1m κάτω από την επιφάνεια του εδάφους. Έπειτα πρέπει να απενεργοποιήσουµε το τµήµα του εδάφους αριστερά του τοίχου οπότε πατώντας το κατάλληλο εικονίδιο, όπως περιγράφτηκε σε προηγούµενο κεφάλαιο, εµφανίζεται το διάγραµµα των γεωστατικών τάσεων (Σχήµα 8.15). Πριν εµφανιστεί το διάγραµµα των τάσεων εµφανίζεται το παράθυρο του σχήµατος 8.14, στο οποίο καθορίζεται ο συντελεστής Κο, που καθορίζει το ποσοστό του βάρους του εδάφους που θα ληφθεί υπόψη στην ανάλυση. ηµητρίου Ιωάννα 137

146 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.13: Ανάπτυξη αρχικών υδροστατικών πιέσεων Σχήµα 8.14: Συντελεστής Κο ηµητρίου Ιωάννα 138

147 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.15: Ανάπτυξη αρχικών γεωστατικών πιέσεων Πρόγραµµα υπολογισµών Η ανάλυση έγινε σε δύο στάδια, το στατικό και το δυναµικό τµήµα (Σχήµα 8.16). Η στατική ανάλυση προηγήθηκε της δυναµικής και τα χαρακτηριστικά της παρουσιάζονται στο σχήµα Γι αυτό το κοµµάτι της ανάλυσης και µόνο αγνοήθηκαν οι αστράγγιστες συνθήκες στο έδαφος, µιας και ο τύπος συµπεριφοράς του εδάφους που χρησιµοποιήθηκε ήταν Undrained. Επιλέχθηκε σταδιακή κατασκευή του τοίχου. Η δυναµική ανάλυση αποτέλεσε το δεύτερο στάδιο του οποίου τα χαρακτηριστικά φαίνονται στο σχήµα Οι µετακινήσεις µηδενίστηκαν και ο χρόνος της φόρτισης προσδιορίστηκε ίσος µε 3 sec. Μέσω του εικονιδίου Define έγινε η εισαγωγή του σεισµικού φορτίου. Επιλέχθηκε το αρχείο του σεισµικού παλµού 12 (ricker12), που υπήρχε στον φάκελο των αναλύσεων (Σχήµα 8.19). Αυτό είναι ένα αρχείο τύπου ASCII που περιέχει σε κάθε γραµµή δύο τιµές, τον χρόνο και την επιτάχυνση και παρουσιάζεται στο σχήµα Τέλος, αφού ηµητρίου Ιωάννα 139

148 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης προσδιοριστουν τα σηµεία για οποία θέλουµε να πάρουµε αποτελέσµατα πατάµε το εικονίδιο Calculate, οπότε αρχίζει και η ανάλυση. Επιλέξαµε να πάρουµε έντεκα σηµεία για την εξαγωγή των καµπύλων που σχετίζονται µε τις µετακινήσεις, (Σχήµα 8.21). Σχήµα 8.16: Γενικά χαρακτηριστικά ανάλυσης Σχήµα 8.17: Παράµετροι για την στατική ανάλυση (1 ο στάδιο) ηµητρίου Ιωάννα 140

149 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.18: Παράµετροι για τη δυναµική ανάλυση (2 ο στάδιο) Σχήµα 8.19: Εισαγωγή του σεισµικού φορτίου ως πολλαπλασιαστή ηµητρίου Ιωάννα 141

150 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.20: Εµφάνιση των χαρακτηριστικών του σεισµικού φορτίου a=0,7g Tp=0,9sec Σχήµα 8.21: Επιλογή σηµείων σε έντεκα θέσεις στο µοντέλο Εξαγωγή αποτελεσµάτων Στα επόµενα σχήµατα παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της ανάλυσης. Αρχικά, παρουσιάζεται η τελική εικόνα του µοντέλου (σχήµα 8.22) καθώς και οι ολικές, οριζόντιες και κατακόρυφες µετακινήσεις, ταχύτητες και επιταχύνσεις (σχήµατα ). Στη συνέχεια ηµητρίου Ιωάννα 142

151 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης παρουσιάζονται τα διαγράµµατα των ολικών παραµορφώσεων, οι ολικές και ενεργές τάσεις και τα σηµεία πλαστικοποίησης (σχήµατα ). Σχήµα 8.22: Τελική κατάσταση του µοντέλου Σχήµα 8.23: ιάγραµµα ολικών µετακινήσεων ηµητρίου Ιωάννα 143

152 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.24: ιάγραµµα οριζόντιων µετακινήσεων Σχήµα 8.25: ιάγραµµα κατακόρυφων µετακινήσεων ηµητρίου Ιωάννα 144

153 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.26: ιάγραµµα ολικών ταχυτήτων Σχήµα 8.27: ιάγραµµα οριζόντιων ταχυτήτων ηµητρίου Ιωάννα 145

154 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.28: ιάγραµµα κατακόρυφων ταχυτήτων Σχήµα 8.29: ιάγραµµα ολικών επιταχύνσεων ηµητρίου Ιωάννα 146

155 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.30: ιάγραµµα οριζόντιων επιταχύνσεων Σχήµα 8.31: ιάγραµµα κατακόρυφων επιταχύνσεων ηµητρίου Ιωάννα 147

156 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.32: ιάγραµµα ολικών παραµορφώσεων Σχήµα 8.33: ιάγραµµα ενεργών τάσεων ηµητρίου Ιωάννα 148

157 Κεφάλαιο 8ο Παράδειγµα δυναµικής αναλυσης Σχήµα 8.34: ιάγραµµα ολικών τάσεων Σχήµα 8.35: ιάγραµµα πλαστικοποιήσεων ηµητρίου Ιωάννα 149