3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1973

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1973 Αποτίμηση Σεισμικής Επάρκειας Βιομηχανικού Κτιρίου Ω/Σ με θεώρηση Αλληλεπίδρασης Εδάφους-Κατασκευής Seismic Evaluation of an Industrial Reinforced Concrete Building Incorporating SSI effects Χάρης ΑΠΟΣΤΟΛΟΠΟΥΛΟΣ 1, Κωνσταντίνος ΘΩΜΑΣ 2, Παναγιώτης ΚΛΟΥΚΙΝΑΣ 3, Γεώργιος ΜΥΛΩΝΑΚΗΣ 4, Κώστας ΠΑΠΑΝΤΩΝΟΠΟΥΛΟΣ 5, Έλια ΒΟΓΙΑΤΖΑΚΗ 6, Θεοφάνης ΓΕΩΡΓΟΠΟΥΛΟΣ 7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Παρουσιάζεται αποτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς βιομηχανικού κτιρίου κατασκευής 1974 στην περιοχή του Αιγίου. Στον σεισμό του Αιγίου το 1995 (M s = 6.2) το κτίριο υπέστη σοβαρές βλάβες και χρειάστηκε άμεσες επεμβάσεις στον φέροντα οργανισμό. Όμως τόσο η ασάφεια ως προς την φύση των επεμβάσεων, όσο και πρόσθετες διαπιστωμένες βλάβες (αστοχίες κόμβων, ενανθράκωση σκυροδέματος, διάβρωση σιδηρoοπλισμού) και καθιζήσεις που παρατηρήθηκαν με τον χρόνο, κατέστησαν επιτακτική την ανάγκη πρόσθετης διερεύνησης της στατικής και δυναμικής συμπεριφοράς της κατασκευής. Παρουσιάζονται αποτελέσματα από τοπογραφική αποτύπωση, γεωτεχνική έρευνα, διερεύνηση της επιρροής περιβαλλοντικών δράσεων επί των υλικών (χάλυβας, σκυρόδεμα), ανάλυση του δομικού συστήματος σε σεισμική φόρτιση και ερπυσμό του σεισμογόνου ρήγματος και των δευτερογενών ασυνεχειών στις επιφανειακές εδαφικές στρώσεις. Η αλληλεπίδραση εδάφους-ανωδομής λαμβάνεται υπόψη με θεώρηση ισοδύναμων γραμμικών ελατηρίων (για οριζόντια/ κατακόρυφη παλινδρόμηση και λικνισμό) στη στάθμη της θεμελίωσης. Εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για τον σεισμικό κίνδυνο σε παλαιά βιομηχανικά κτίρια υψηλής σπουδαιότητας, σε περιοχές υψηλής σεισμικότητας. ABSTRACT : An evaluation is presented of the seismic behaviour of an industrial building in Aegion area, Greece. During the 1995 Aegion earthquake, the building suffered severe damage and received immediate structural repairs. The uncertainties as to the nature of these repairs and the observed additional damage due to settlement and material deterioration made necessary an evaluation of its seismic behaviour. To this end, the system was subjected to the combined action of dynamic earthquake action, static fault movement and static movements along the secondary ruptures in the surficial soil formations. Soil structure interaction is taken into account through equivalent soil springs for swaying and rocking at foundation level. Useful results were obtained as to the seismic behaviour of aging industrial structures in areas of high seismicity in Greece. 1 Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, charrisa@mech.upatras.gr 2 Μεταπτυχιακός Φοιτητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, kthomas@upatras.gr 3 Μεταπτυχιακός Φοιτητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, pkloukin@upatras.gr 4 Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, mylo@upatras.gr 5 Επίκουρος Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών, cip@upatras.gr 6 Υποψήφια Διδάκτωρ, Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Ε.Μ.Π., evogi@tee.gr 7 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Έργων Υποδομής, Α.Τ.Ε.Ι. Πατρών, georgopoulos@upatras.gr

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρούσα εργασία αφορά τον έλεγχο στατικής και σεισμικής επάρκειας βιομηχανικού κτιρίου, στην περιοχή της πόλης του Αιγίου, του Νομού Αχαΐας το οποίο κατασκευάστηκε περί το έτος Η ευρύτερη περιοχή του έργου (Σχήμα 1), διατρέχεται από μεγάλο αριθμό παράλληλων, κανονικών ρηγμάτων, ορισμένα από τα οποία έχουν δώσει ισχυρούς σεισμούς κατά το παρελθόν, με τελευταίο τον καταστρεπτικό σεισμό της 15/6/1995. Ο βιομηχανικός χώρος βρίσκεται ακριβώς πάνω στο ίχνος ενός τέτοιου ρήγματος. Ο έλεγχος της στατικής και σεισμικής επάρκειας κρίθηκε επιβεβλημένος δεδομένης της σπουδαιότητας του κτιρίου, της παλαιότητάς του, της σημαντικής επιβάρυνσής του από τις προηγούμενες σεισμικές φορτίσεις και των διαπιστωμένων προβλημάτων που παρουσιάζει (διαφορικές καθιζήσεις, φθορά υλικών). Σχήμα 1. Η περιοχή του έργου Ο έλεγχος για την αποτίμηση της συμπεριφοράς του κτιρίου βασίστηκε στα τεχνικά σχέδια ξυλοτύπων της Μελέτης Εφαρμογής του έργου, σε συμπεράσματα και σε επιτόπιες παρατηρήσεις της ομάδας των ερευνητών από επιτόπου αυτοψίες. Επίσης, για τις ανάγκες του ελέγχου διεξήχθη πρόγραμμα εκτεταμένης γεωτεχνικής έρευνας, γεωδαιτικός έλεγχος των μικρομετακινήσεων του δαπέδου του κτιρίου και σημείων περιμετρικά, έλεγχος της κατάστασης και της μηχανικής συμπεριφοράς σκυροδέματος και σιδηρο-οπλισμού. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΟΡΕΑ Ο βιομηχανικός χώρος στο Σχήμα 2 αποτελείται από τρία τμήματα: το κυρίως κτίριο παραγωγής του εργοστασίου, ένα διώροφο κτίριο γραφείων και μία μονο-όροφη προσθήκη η οποία κατασκευάστηκε σε δεύτερη φάση και στεγάζει χώρους αποδυτηρίων και υγιεινής. 2

3 Το κυρίως κτίριο του εργοστασίου αποτελείται από δύο παράλληλες σειρές τριάντα πλαισίων οπλισμένου σκυροδέματος (ένδειξη 1 στο Σχήμα 3) οι οποίες «γεφυρώνονται» από τριάντα προεντεταμένες δοκούς στηριζόμενες μέσω εφεδράνων στα εσωτερικά υποστυλώματα των πλαισίων (ένδειξη 2 στο Σχήμα 3). Η οροφή του κτιρίου διαμορφώνεται από προκατασκευασμένα συστήματα πλακών και διαδοκίδων. Οι αρμοί της ανωδομής δεν συνεχίζονται στη θεμελίωση, (η ύπαρξη του αρμού παύει στα ανάντη των πεδίλων) καθώς τα συζυγή υποστυλώματα εδράζονται σε κοινά πέδιλα. Ο πρώτος αρμός βρίσκεται στην ένωση του διωρόφου κτιρίου γραφείων με το κτίριο παραγωγής και τρείς ακόμα εσωτερικοί αρμοί χωρίζουν το κτίριο παραγωγής σε τέσσερα τμήματα. ΚΤΙΡΙΟ ΓΡΑΦΕΙΩΝ ΠΡΟΣΘΗΚΕΣ 50 m Κ Τ Ι Ρ Ι Ο Π Α Ρ Α Γ Ω Γ Η Σ ΘΕΣΕΙΣ ΑΡΜΩΝ 142 m Σχήμα 2. Στάθμη θεμελίωσης του βιομηχανικού κτιρίου Σχήμα 3. Πίσω όψη κτιρίου (πλάτος 50m) 3

4 Η θεμελίωση αποτελείται από πέδιλα συνδεδεμένα με δοκούς. Η έδραση των πεδίλων γίνεται σε έδαφος με μεγάλο ποσοστό λεπτόκοκκου υλικού, το οποίο παρουσιάζει σημαντικές διαφοροποιήσεις στις μηχανικές ιδιότητες. Το υλικό του φέροντος οργανισμού είναι οπλισμένο σκυρόδεμα Β225 (διώροφο κτίριο γραφείων, πέδιλα κυρίως κτιρίου και περιμετρικά τοιχώματα) και Β300, με χάλυβα St. III. Το υλικό πληρώσεως των ανοιγμάτων είναι τσιμεντοπλινθοδομή. ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΠΑΘΟΛΟΓΙΑ Η περιοχή του Αιγίου είναι εξόχως σεισμογόνος και επλήγη για τελευταία φορά τον Ιούνιο του έτους 1995 από ισχυρό σεισμό μεγέθους Μ=6.2 προκαλώντας καταρρεύσεις και βλάβες στο κτιριακό συγκρότημα. Η μέγιστη οριζόντια επιτάχυνση που καταγράφτηκε στην πόλη του Αιγίου έφτασε την τιμή 0.54g (την μέγιστη που έχει καταγραφεί στην Ελλάδα), και η μέγιστη ταχύτητα τα 50cm/s. Οι βλάβες που καταγράφηκαν στο εξεταζόμενο κτίριο περιλαμβάνουν κυρίως ρηγματώσεις στοιχείων της ανωδομής φέρωντος οργανισμού και στοιχεία πληρώσεως καθώς και καθιζήσεις σε όλη την έκτασή του. Έγινε προσπάθεια αποκατάστασης του κτιρίου η οποία όμως δεν φαίνεται να απέδωσε τα αναμενόμενα. Οι όποιες επεμβάσεις επισκευαστικού κυρίως χαρακτήρα περιορίστηκαν στα κοντά υποστυλώματα του μεσαίου υπερυψωμένου τμήματος (ένδειξη 2, Σχήμα 3). Με αυτά τα δεδομένα, πριν οποιοδήποτε ειδικό έλεγχο επάρκειας προηγήθηκε ένας πρωτοβάθμιος έλεγχος σε δύο κατευθύνσεις: α) ερμηνεία του προβλήματος των καθιζήσεων και αποτίμηση των συνεπειών από πιθανή συνέχιση του μηχανισμού των καθιζήσεων και β) έλεγχος της κατάστασης του φέροντα οργανισμού του κτιρίου, ώστε να διαπιστωθεί η δυνατότητα ή μη ενίσχυσής του. Διερεύνηση και ερμηνεία των καθιζήσεων Η διερεύνηση των αιτίων των καθιζήσεων βασίζεται: α) στα αποτελέσματα σειράς 8 γεωτρήσεων σε επιλεγμένες θέσεις ένθεν και ένθεν του ίχνους του ρήγματος και β) στην καταγραφή και στον έλεγχο των μικρομετακινήσεων με τοπογραφική αποτύπωση. Τα εδαφικά υλικά που δομούν το υπέδαφος της περιοχής του κτιρίου είναι κυρίως αμμοιλύες, χάλικες και κροκάλες. Όμως κατά μήκος του ίχνους του ρήγματος και προς την βορινή πλευρά του, απαντήθηκαν ενδιάμεσοι ορίζοντες με λεπτόκοκκα (πιο συμπιεστά) εδαφικά υλικά που είναι μείγματα ιλύος αργίλου και άμμου. Τα υλικά αυτά μεταβλητού πάχους εκτείνονται σε όλο το μήκος του κτιρίου κατά μήκος του ίχνους του ρήγματος. Το πάχος των λεπτόκοκκων υλικών είναι μεγαλύτερο στην ανατολική πλευρά του κτιρίου (περιοχή του κτιρίου των γραφείων) όπου και παρατηρήθηκαν οι μεγαλύτερες πρόσφατες καθιζήσεις. Σημειώνεται ότι στην θέση αυτή το υλικό είναι ακόμα πιο λεπτόκοκκο. Σε απόσταση από το ίχνος του ρήγματος προς βορρά, το υλικό γίνεται περισσότερο αμμοχαλικώδες και είναι παρόμοιο με αυτό που απαντάται στα ανάντη του ρήγματος (νότια του ίχνους). Η πιθανότερη γεωλογική ερμηνεία είναι ότι στο απώτερο παρελθόν, στο κατερχόμενο τμήμα δημιουργήθηκε λεκάνη όπου λίμναζαν τα όμβρια και σταδιακά «γέμιζε» με λεπτότερα ιζήματα, μέχρις ότου υπερκαλύφθηκε από άλλα νεώτερα ιζήματα. Από άποψη αντοχής, οι συγκεκριμένοι σχηματισμοί εξασφαλίζουν ικανοποιητική φέρουσα ικανότητα, ενώ το δυναμικό μέτρο διάτμησης, απαραίτητο στον υπολογισμό των ισοδύναμων ελατηρίων στην θεώρηση 4

5 ενδόσιμης θεμελίωσης (αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής), εκτιμάται με βάση την φύση του εδάφους και τις δοκιμές SPT ως G=200 kpa και ν=0.3. Μια σχηματική τομή παρουσιάζεται στο Σχήμα 4. Σχήμα 4. Κατακόρυφη σχηματική τομή κατά τον εγκάρσιο άξονα του κτιρίου Η στάθμη του νερού στη θέση των γεωτρήσεων δείχνει ότι γενικά υπάρχει καταβιβασμός του φρεάτιου ορίζοντα που οφείλεται στην υδρογεώτρηση που λειτουργεί πλησίον του κτιρίου κοντά στην εγκατάσταση (χώρος γραφείων), από όπου αντλούνται σημαντικές ποσότητες νερού. Μεταξύ του προσθίου και του πίσω τμήματος του κτιρίου, η πτώση του υδροφόρου ορίζοντα είναι σχεδόν 10m. Εκτιμάται ότι στην θέση έδρασης των γραφείων του κτιρίου, η άντληση του νερού προκάλεσε καθιζήσεις πριν το σεισμό της τάξης των 4 6 cm (στα λεπτόκοκκα ιζήματα), οι οποίες όμως έμειναν απαρατήρητες λόγω της ευκαμψίας του κτιρίου. Πιθανολογείται ότι οι καθιζήσεις λόγω άντλησης πρακτικά είχαν ολοκληρωθεί πριν το σεισμό του Με βάση τις παλαιές και τις νέες μετρήσεις έγινε επιπλέον προσπάθεια εκτίμησης της σχετικής κίνησης (απομάκρυνσης) των δύο τμημάτων του ρήγματος κατά την οριζόντια έννοια. Προς τούτο συγκρίθηκαν οι παλαιές και νέες αποστάσεις σημείων, εκατέρωθεν του ίχνους του ρήγματος και σχεδόν κατά την κάθετη στο ίχνος διεύθυνση. Οι διαφορές που παρατηρήθηκαν είναι συστηματικές και θετικές με έναν μέσο όρο περίπου 2 cm. Παρόλο που η ακρίβεια των παλαιών μετρήσεων (2003) δεν είναι γνωστή, οι νέες μετρήσεις δείχνουν ότι μεταξύ του 2003 και του 2007 πιθανότατα υπήρξαν οριζόντιες μετακινήσεις της τάξεως των 2 με 3 cm. Το αν αυτές οι κινήσεις είναι ερπυστικού χαρακτήρα και συνεχίζονται, ή συνέβησαν για μικρό χρονικό διάστημα μετά το 2003 και σταμάτησαν δεν μπορεί να αποδειχθεί παρά με πρόσθετες μετρήσεις σε τακτά χρονικά διαστήματα. Οι εκτιμώμενες καθιζήσεις στο δάπεδο του κτιρίου που προτείνονται για τον υπολογισμό της υπάρχουσας εντατικής κατάστασης του κτιρίου, δείχνονται στο σχέδιο θεμελίωσης του Σχήματος 5. Οι καθιζήσεις κυμαίνονται γενικώς από 3 έως 8 cm με τις μεγαλύτερες τιμές να 5

6 παρουσιάζονται στο κεντρικό τμήμα του δαπέδου προς βορρά (κατάντη του ίχνους του ρήγματος), δηλαδή στην περιοχή των γραφείων (γραμμοσκιασμένες περιοχές, Σχήμα 5). Σχήμα 5. Μετρηθείσες καθιζήσεις στις θέσεις των θεμελίων. Οι γραμμοσκιασμένες περιοχές αντιστοιχούν στις μεγαλύτερες διαφορικές καθιζήσεις. Η μορφολογία των καθιζήσεων σε συνδυασμό με την φύση των μη συμπιεστών υλικών και την πληροφορία ότι μετά τον σεισμό εμφανίστηκαν χαρακτηριστικά σημάδια ρευστοποίησης στην επιφάνεια του εδάφους, δείχνει ότι η τεκτονική μετακίνηση του ρήγματος, αν έγινε, ήταν μικρή και ότι το φαινόμενο της ρευστοποίησης και της δυναμικής συνίζησης ήταν το κύριο αίτιο των καθιζήσεων. Η διαπίστωση ότι οι τεκτονικές κινήσεις είναι σχετικά μικρές ενισχύεται και από παρατηρήσεις στο πεδίο (π.χ. μετατοπίσεις τοίχων αντιστήριξης, κρασπέδων κ.τ.λ.). Η συγκέντρωση των διαφορικών καθιζήσεων στο κεντρικό τμήμα του εργοστασίου δεν δικαιολογείται από την κινηματική του εξεταζόμενου κανονικού ρήγματος. Συμπερασματικά εκτιμάται ότι οι καθιζήσεις που έχει υποστεί το κτίριο οφείλονται κυρίως στην άντληση του νερού από τις υδρογεωτρήσεις σε συνδυασμό με την ύπαρξη λεπτότερων κοκκωδών υλικών, λόγω μερικής ρευστοποίησης στον ισχυρό σεισμό του 1995 ή και δυναμικής συνίζησης και λιγότερο σε πιθανές τεκτονικές μετακινήσεις του κανονικού ρήγματος. Επειδή τόσο οι καθιζήσεις λόγω άντλησης όσο και η μείωση του όγκου του εδάφους λόγω στερεοποίησης δυναμικής συνίζησης έχουν ήδη συντελεστεί, δεν αναμένονται σημαντικές νέες καθιζήσεις τουλάχιστον για σεισμούς παρόμοιους ή μικρότερους αυτού του Με την υπόθεση ότι το ρήγμα έχει πάψει να κινείται ή κινείται πολύ αργά, το κτίριο μπορεί να συμπεριφερθεί ικανοποιητικά για μεγάλο χρονικό διάστημα όσον αφορά τις καθιζήσεις, ενδεχομένως με ορισμένα προληπτικά μέτρα (έλεγχος των υδραντλήσεων, ενίσχυση υπεδάφους στην περιοχή των θεμελίων με τσιμεντενέσεις). 6

7 Παθολογία φέροντος οργανισμού Πλήρης εικόνα βλαβών στα φέροντα στοιχεία του κτιρίου δεν κατέστη δυνατή λόγω ύπαρξης επιχρισμάτων πρόσφατων χρωματισμών και λοιπών εγκαταστάσεων, από τις αυτοψίες ωστόσο διαπιστώθηκαν προβλήματα, τα οποία εύλογα προκαλούν ανησυχία και αβεβαιότητα: Βλάβες σε ορισμένα φέροντα στοιχεία στην περιοχή των αρμών και μερική αποδιοργάνωση των υποστυλωμάτων ανάντη. Αστοχία κόμβου στη νότια πλευρά του διωρόφου τμήματος στην γειτονία με το χώρο παραγωγής. Τοπικές αποφλοιώσεις των στοιχείων σκυροδέματος (Σχήμα 6) και διαπίστωση κακής σκυροδέτησης κατά τόπους (μεγάλες κοιλότητες). Εμφάνιση μικρορηγματώσεων και αποφλοιώσεων στα εξωτερικά κατακόρυφα φέροντα στοιχεία (κατά μήκος ή εγκάρσια στην διεύθυνση ανάπτυξης των ράβδων σιδηροοπλισμού του κτιρίου), που αποτελούν τυπικό αλλά και δυστυχώς τελικό σημάδι της διάβρωσής του σιδηροοπλισμού. Στις θέσεις αυτές ο σιδηροοπλισμός εμφανίζει βλάβη λόγω διάβρωσης της τάξης από 10% έως και 50% και αυτό αποτελεί σημαντικό πρόβλημα της κατασκευής αφού εισάγει περαιτέρω προβλήματα αντοχής του κτιρίου. Από τις πειραματικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν αλλά και από πρόσφατη έρευνα φαίνεται ότι η διάβρωση επί του σιδηρού οπλισμού προκαλεί σημαντική μείωση των ιδιοτήτων αντοχής του (σε διαρροή θραύση απώλεια συνάφειας) κύρια όμως δραματική πτώση των ιδιοτήτων ολκιμότητάς του (Apostolopoulos et al 2007). Η μέτρηση υψηλού πορώδους στο σκυρόδεμα, γεγονός που επιδρά σημαντικά στην αύξηση του ρυθμού φθοράς της κατασκευής. Μετρήθηκαν μεγάλα βάθη ενανθράκωσης, που σε όλες τις περιπτώσεις ξεπερνούν το πάχος επικάλυψης του σιδηροοπλισμού. Η περιεκτικότητα σε χλωριόντα βρέθηκε κάτω από το κρίσιμο όριο για την διάβρωση. Συνεπώς, η απώλεια της προστασίας του οπλισμού οφείλεται σε ενανθράκωση. Λόγω της ταυτόχρονης παρουσίας τόσο του οξυγόνου (μεγάλα πορώδη) όσο και του νερού (προβλήματα αποστράγγισης, ανεπίχριστο σκυρόδεμα) επήλθε διάβρωση των σιδηρών οπλισμών, διεργασία η οποία βρίσκεται σε ταχεία εξέλιξη. Τα προβλήματα αυτά είναι περισσότερο εμφανή και έντονα στην κατώτερη στάθμη της κατασκευής, εκεί που παρατηρείται συγκέντρωση υγρασίας. Εκτιμάται αρκετά γρήγορη εξέλιξη των φθορών καθώς αφενός σχεδόν από παντού έχει απωλεσθεί η προστασία του οπλισμού των εξωτερικών στοιχείων και αφετέρου το υψηλό πορώδες και η παρουσία ρωγμών επιτρέπουν αρκετά ταχείς ρυθμούς διείσδυσης επιβλαβών παραγόντων. (Apostolopoulos et al 2007). Κατά τόπους αστοχίες στην υγρομόνωση. Αραιά τοποθετημένοι συνδετήρες, (συμβατή σχεδιαστική αντίληψη στην δεκαετία του 1970 βλ. Σχήμα 6) Ασαφής μετασεισμική επέμβαση ενίσχυσης των κοντών υποστυλωμάτων στην ανώτερη στάθμη του μεσαίου υπερυψωμένου τμήματος 7

8 Σχήμα 6. Ακραίο υποστύλωμα χαρακτηριστικά διακρίνονται αραιή τοποθέτηση συνδετήρων (ανά 30cm), εκτίναξη της επικάλυψης και έντονη διάβρωση του σιδηροπλισμού ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Προκειμένου να ελεγχθεί η σεισμική επάρκεια του κτιρίου πραγματοποιήθηκαν σεισμικές αναλύσεις λαμβάνοντας υπόψη δράσεις που προβλέπει ο ΕΑΚ 2000, το επιταχυνσιογράφημα του σεισμού του Αιγίου του 1995 και τις καθιζήσεις που παρατηρήθηκαν στη θέση του κτιρίου. Οι αναλύσεις έγιναν με το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων ΕΤΑΒS V To προσομοίωμα του φορέα, (στο Σχήμα 7, έγινε με χρήση γραμμικών πεπερασμένων στοιχείων και υποβλήθηκε στους παρακάτω ελέγχους: Τριδιάστατη φασματική ανάλυση βάσει των απαιτήσεων του ΕΑΚ-2000 με το φάσμα σχεδιασμού που απεικονίζεται στο Σχήμα 8. Κατακόρυφες δράσεις μονίμων φορτίων σε συνδυασμό με επιβαλλόμενες μετακινήσεις των θεμελίων λόγω πραγματικών καθιζήσεων. Τρισδιάστατη δυναμική ανάλυση βάσει του επιταχυνσιογραφήματος του κυρίου σεισμού του Αιγίου (1995). Προκειμένου να καλυφθούν αβεβαιότητες όπως ο βαθμός υποβάθμισης των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών (χάλυβας, σκυρόδεμα), ως πρώτη προσέγγιση και πιθανώς δυσμενέστερη θεώρηση, έγινε παραδοχή άκαμπτης έδρασης των θεμελίων στο έδαφος. Σε δεύτερη φάση πραγματοποιήθηκε ανάλυση με ενδόσιμη θεμελίωση (αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής). Για τον σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε σύνδεση εδάφους-θεμελίου μέσω διακριτών ελατηρίων Οι τιμές των ισοδύναμων ελατηρίων υπολογίστηκαν από διαθέσιμες αναλυτικές λύσεις της βιβλιογραφίας (Gazetas, 1990; Mylonakis et. al., 2006) με βάση τη γεωμετρία των μεμονωμένων πεδίλων και των δυναμικών ιδιοτήτων του εδάφους θεμελίωσης. Η θεώρηση ενδόσιμης θεμελίωσης δεν επηρέασε σημαντικά την συμπεριφορά του κτιρίου, καθώς οι κύριες ιδιομορφές παρέμειναν ίδιες, ενώ αυξήθηκαν ελαφρά οι ιδιοπερίοδοι. 8

9 Σχήμα 7. Τρισδιάστατο προσομοίωμα γραμμικών πεπερασμένων στοιχείων Επιτάχυνση (m/sec 2 ) T (sec) Σχήμα 8. Φάσμα ΕΑΚ 2000 στο βιομηχανικό κτίριο Από τα αποτελέσματα της ανάλυσης προέκυψαν αρκετές περιπτώσεις υπέρβασης τόσο της διατμητικής όσο και της καμπτικής αντοχής δομικών μελών του κτιρίου. Για τα 9

10 υποστυλώματα κρίσιμος ήταν ο έλεγχος σε δυναμική σεισμική φόρτιση, ενώ για τις δοκούς κρίσιμοι έλεγχοι ήταν τόσο ο σεισμικός όσο και ο συνδυασμός μονίμων φορτίων με καθιζήσεις. Το ποσοστό των υποστυλωμάτων στα οποία παρατηρήθηκαν υπερβάσεις αντοχών φτάνει το 40%. Στα Σχήματα 9 και 10 παρουσιάζονται διαγράμματα αλληλεπίδρασης διαξονικής κάμψης για τα κεντρικά υποστυλώματα του φορέα στο χώρο παραγωγής και στο χώρο των γραφείων στα οποία είναι εμφανείς οι υπερβάσεις. Σχήμα 9. Υπερβάσεις αντοχής υποστυλωμάτων (έλεγχος διαξονικής κάμψης στον φορέα του χώρου παραγωγής). Σχήμα 10. Υπερβάσεις αντοχής υποστυλωμάτων (έλεγχος διαξονικής κάμψης στον φορέα του χώρου γραφείων) 10

11 Με βάση τα αποτελέσματα προκύπτει ότι το κτίριο δεν είναι σε θέση να αναλάβει σεισμική καταπόνηση ανάλογη με αυτή του σεισμού του Σε αυτό συνετέλεσε η καταπόνηση από τον σεισμό, οι καθιζήσεις και η υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών (σκυρόδεμα χάλυβας). ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΗ ΛΥΣΗ Με βάση τα παραπάνω ευρήματα, εξετάστηκε η δυνατότητα ενίσχυσης του υφιστάμενου κτιρίου η οποία είναι οικονομικά συμφέρουσα έναντι της αντικατάστασής του. Προτείνεται ενίσχυση των υποστυλωμάτων και των δοκών των πλαισίων στο χώρο παραγωγής και στο χώρο των γραφείων. Η ενίσχυση μπορεί να πραγματοποιηθεί με ίδρυση διατμητικών τοιχωμάτων από έγχυτο οπλισμένο σκυρόδεμα περιμετρικά σύμφωνα με τις διατάξεις του ΚΑΝ.ΕΠΕ. Για τον έλεγχο της αποτελεσματικότητας των προτεινόμενων μέτρων ενίσχυσης, το τρισδιάστατο προσομοίωμα τροποποιήθηκε με βάση την πρόταση (εξωτερικός μανδύας όλων των περιμετρικών υποστυλωμάτων και προσθήκη τοιχωμάτων πάχους 0.30m στις θέσεις που σημειώνονται έντονα στην κάτοψη θεμελίωσης που ακολουθεί, Σχήμα 11). Σχήμα 11. Πρόταση ενίσχυσης του υφιστάμενου φορέα με προσθήκη διατμητικών τοιχωμάτων (με έντονο χρώμα) και μανδύα στα περιμετρικά υποστυλώματα του φορέα. Προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των προτεινόμενων μέτρων ενίσχυσης του φορέα στην σεισμική συμπεριφορά του κτιρίου, πραγματοποιήθηκε δυναμική φασματική ανάλυση με τις απαιτήσεις του ΕΑΚ 2000, μετά από κατάλληλη τροποποίηση του προσομοιώματος γραμμικών πεπερασμένων στοιχείων των προηγούμενων αναλύσεων. Η ανάλυση έγινε με θεώρηση ενδόσιμης θεμελίωσης (αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής). Στα σχήματα 12 έως 15 παρουσιάζονται οι τέσσερις πρώτες ιδιομορφές του υφισταμένου και του προτεινόμενου μετά την ενίσχυση του κτιρίου. Η σχετική ένταση και η διεύθυνση της 11

12 κίνησης στα διάφορα τμήματα του κτιρίου απεικονίζεται σε κάθε θέση με διαφορετικό σε μέγεθος βέλος. Σχήμα η Ιδιομορφή πριν και μετά την ενίσχυση του κτιρίου 12

13 Σχήμα η Ιδιομορφή πριν και μετά την ενίσχυση του κτιρίου 13

16 Παρατηρείται ότι η ενίσχυση προκαλεί αλλαγή της κίνησης του κτιρίου, η οποία γίνεται πλέον κατά τον εγκάρσιο άξονα, δηλαδή εντός του επιπέδου των πλαισίων (ισχυρός άξονας). Επιπλέον η ενίσχυση των περιμετρικών υποστυλωμάτων και η προσθήκη των διατμητικών τοιχωμάτων, περιορίζουν αισθητά τις στροφικές κινήσεις του κτιρίου, που έχει ως συνέπεια την μικρότερη καταπόνηση δοκών και υποστυλωμάτων. Η αλλαγή της συμπεριφοράς του κτιρίου έχει ως αποτέλεσμα την μείωση των φορτίων κατά τον διαμήκη άξονα και την αύξηση τους κατά τον εγκάρσιο. Τα εντατικά μεγέθη μειώνονται σημαντικά, ακόμα και στα υποστυλώματα για τα οποία δεν προβλέπεται ενίσχυση, όπου πλέον δεν παρατηρούνται υπερβάσεις αντοχής. Επομένως με τα προτεινόμενα μέτρα ενίσχυσης φαίνεται ότι η σεισμική συμπεριφορά του κτιρίου βελτιώνεται συνολικά. Τέλος, εξετάστηκε και η περίπτωση αντικατάστασης της βαριάς στέγης οπλισμένου σκυροδέματος με ελαφρύτερη (σιδηροκατασκευή), η οποία όμως δεν οδηγεί σε σημαντική βελτίωση της συμπεριφοράς του κτιρίου, συνυπολογιζόμενου του σημαντικά μεγαλύτερου πρόσθετου κόστους. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Παρουσιάστηκε έλεγχος σεισμικής επάρκειας βιομηχανικού κτιρίου στην περιοχή του Αιγίου, Αχαϊας. Το κτίριο είναι κατασκευής 1974 και υπέστη σοβαρές βλάβες κατά τον σεισμό του Από τις αναλύσεις διαπιστώθηκε η ανεπάρκεια ανάληψης σεισμικών δράσεων από τον φορέα και προτάθηκαν ενισχύσεις κυρίως περιμετρικά με την μορφή μανδυών και πρόσθετων διατμητικών τοιχωμάτων. Η αλληλεπίδραση εδάφους-κατασκευής σε γενικές γραμμές ευρέθη ευνοϊκή για την κατασκευή. Το συμπέρασμα αυτό δεν πρέπει να γενικεύεται σε διαφορετικά συστήματα δεδομένης της μεγάλης ευκαμψίας του φορέα, της στιφρότητας του εδάφους θεμελίωσης και των ειδικών φασματικών χαρακτηριστικών της σεισμικής διέγερσης. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Apostolopoulos et al Computer-aided approach of parameters influencing concrete service life and field validation Computers and Concrete, Vol. 4,No. 1, pp. 1-18, Apostolopoulos et al Consequences of steel corrosion on the ductility properties of reinforcement bar, Constructions and Building Materials, accepted , (in print). Gazetas (1990). Foundation Vibrations, in Foundation Engineering Handbook (H.Y. Fang, editor) Van Nostrand Reinholds, New York, pp Mylonakis, G., Nikolaou, S., and Gazetas, G. Footings under Dynamics Loads: Analysis and Design Issues with Emphasis on Bridge Foundations, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 26, No. 9, pp , 2006 Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (ΕΑΚ 2000), ΟΑΣΠ. Ελληνικός Κανονισμός Ωπλισμένου Σκυροδέματος (ΕΚΩΣ 2000), ΟΑΣΠ. Σχέδιο κειμένου ΚΑΝονισμού ΕΠΕμβάσεων, ΟΑΣΠ. 16