Κ. Πιτιλάκης, Χ.Γκαζέπης Εργαστήριο Εδαφοµηχανικής και Θεµελιώσεων, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη.

Transcript

1 Σεισµικές δράσεις σχεδιασµού στον ΕΑΚ και στον EC8. Προτάσεις για µια ακριβέστερη κατηγοριοποίηση των εδαφών και των συναφών συντελεστών φασµατικής ενίσχυσης. Κ. Πιτιλάκης, Χ.Γκαζέπης Εργαστήριο Εδαφοµηχανικής και Θεµελιώσεων, Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., Θεσσαλονίκη. Α. Αναστασιάδης Ινστιτούτο Τεχνικής Σεισµολογίας και Αντισεισµικών Κατασκευών (Ι.Τ.Σ.Α.Κ.), Θεσσαλονίκη. Λέξεις κλειδιά: Κατηγορίες εδαφών, ΕΑΚ, EC8, σεισµικές διεγέρσεις σχεδιασµού ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Η παρούσα εργασία εντάσσεται στα πλαίσια ενός εκτεταµένου προγράµµατος που εκπονείται στο Εργαστήριο Εδαφοµηχανικής και Θεµελιώσεων του Α.Π.Θ., θεωρητικής και πειραµατικής µελέτης των τοπικών εδαφικών συνθηκών, µε στόχο την αξιολόγηση και αποτίµηση των διατάξεων των σύγχρονων αντισεισµικών κανονισµών (ΕΑΚ, ΕC8/Draft No-, UBC/97), που αφορούν στην εκτίµηση των σεισµικών δράσεων σχεδιασµού και κατ επέκταση στον αντισεισµικό σχεδιασµό κατασκευών από Ο/Σ. Περιλαµβάνει αποτελέσµατα εκτενούς µελέτης των χαρακτηριστικών της σεισµικής απόκρισης η οποία πραγµατοποιήθηκε µε την επεξεργασία επιλεγµένων καταγραφών ισχυρής εδαφικής κίνησης και θεωρητικές αναλύσεις µεγάλου αριθµού εδαφικών προσοµοιωµάτων. Η επεξεργασία των αποτελεσµάτων δεν περιορίζεται στην ανάδειξη των παραµέτρων που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του σεισµικού κραδασµού αλλά έχει ως στόχο την ποσοτική έκφρασή τους µε την πρόταση βελτιωµένης κατηγοριοποίησης του υπεδάφους και των αντίστοιχων φασµάτων απόκρισης στα πλαίσια αναµόρφωσης του Αντισεισµικού Κανονισµού.. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το µέγεθος και το είδος των σεισµικών βλαβών των κατασκευών που έχουν κατά καιρούς καταγραφεί σε διάφορες περιοχές, αναδεικνύει τη µεγάλη επιρροή των διαφορετικών εδαφικών συνθηκών στην ένταση και στο φασµατικό περιεχόµενο της εδαφικής κίνησης στην επιφάνεια. Μολονότι η συµβολή της µορφής και της γεωµετρίας του βραχώδους υποβάθρου καθώς επίσης και της επιφάνειας του εδάφους, των διαφορετικών δυναµικών χαρακτηριστικών των εδαφών από θέση σε θέση και του πάχους της εδαφικής απόθεσης είναι καθοριστικά στοιχεία στη διαµόρφωση της σεισµικής δράσης, ωστόσο οι παράγοντες αυτοί λαµβάνονται υπόψη στις κανονιστικές διατάξεις µόνο κατά ένα γενικό και ίσως ατελή τρόπο. Στον Ελληνικό Αντισεισµικό Κανονισµό (ΕΑΚ ), για παράδειγµα, η επιρροή του υπεδάφους θεµελίωσης στον καθορισµό των σεισµικών διεγέρσεων λαµβάνεται κυρίως υπόψη δια µέσου των διαφορετικών κατηγοριών εδάφους και του συντελεστή φασµατικής ενίσχυσης βο. Η κατάταξη των εδαφών όµως ακολουθεί κυρίως ποιοτικά κριτήρια, ενώ οι µέγιστες τιµές του συντελεστή φασµατικής ενίσχυσης εµφανίζονται ανεξάρτητες τόσο της κατηγορίας εδάφους όσο και της έντασης του αναµενόµενου σεισµικού κραδασµού. Νεότερες απόψεις, βασισµένες σε συµπεράσµατα που έχουν προκύψει από την επεξεργασία πραγµατικών καταγραφών και µεγάλου αριθµού αναλύσεων µετά τους πρόσφατους σεισµούς Loma Prieta (989), Northridge (99) και Kobe (995), έχουν επιφέρει σηµαντικές διαφοροποιήσεις στις σχετικές κανονιστικές διατάξεις διεθνών κανονισµών (EC8,

2 UBC/97). Οι διατάξεις αυτές αφενός οδηγούν σε ορθολογικότερο διαχωρισµό των εδαφών σύµφωνα µε αυστηρά ποσοτικά κριτήρια (EC8, UBC/97) και αφετέρου αναγνωρίζουν ότι η φασµατική ενίσχυση είναι µη γραµµική συνάρτηση της έντασης της σεισµικής κίνησης και των τοπικών εδαφικών συνθηκών (UBC/97). Ο πρώτος στόχος των διατάξεων, που αφορά τον ορθολογικότερο διαχωρισµό, επιτυγχάνεται λαµβάνοντας υπόψη εδαφοδυναµικά χαρακτηριστικά του υπεδάφους (όπως την µεταβολή της ταχύτητας διάδοσης των διατµητικών κυµάτων Vs), ή παραµέτρους αντοχής (τιµές από δοκιµές πρότυπης διείσδυσης N(S.P.T.) και χαρακτηριστικά της στρωµατογραφίας. Ο δεύτερος στόχος, που αφορά στην ενσωµάτωση της µη γραµµικής συµπεριφοράς του εδάφους, επιτυγχάνεται µε την υιοθέτηση δύο παραµέτρων ενίσχυσης (Fa, Fv) όπου ο σεισµικός κραδασµός του υποβάθρου ενισχύεται σε µικρές και µεγάλες περιόδους, αντίστοιχα, ανάλογα µε την κατηγορία του εδάφους και την αναµενόµενη µέγιστη τιµή του σεισµικού κραδασµού του υποβάθρου. Στην κατεύθυνση αυτή πρόσφατες ερευνητικές εργασίες µε στόχο την αποτίµηση του ρόλου των εδαφικών συνθηκών στην ανοµοιοµορφία της κατανοµής των βλαβών, κατά τους πρόσφατους καταστροφικούς σεισµούς του Ελληνικού χώρου και στον υπολογισµό βελτιωµένων παραµέτρων της εδαφικής ενίσχυσης, επιβεβαιώνουν τα συµπεράσµατα της διεθνούς βιβλιογραφίας και ενισχύουν την άποψη ότι πρέπει οι σηµαντικοί αυτοί παράγοντες να λαµβάνονται υπόψη στη διαµόρφωση των σεισµικών δράσεων σχεδιασµού. Η παρούσα εργασία εντάσσεται στα πλαίσια ενός εκτεταµένου προγράµµατος που εκπονείται στο Εργαστήριο Εδαφοµηχανικής και Θεµελιώσεων του Α.Π.Θ., θεωρητικής και πειραµατικής µελέτης των τοπικών εδαφικών συνθηκών, µε στόχο την αξιολόγηση και αποτίµηση των διατάξεων των σύγχρονων αντισεισµικών κανονισµών (ΕΑΚ, ΕC8/Draft No-, UBC/97), που αφορούν στην εκτίµηση των σεισµικών δράσεων σχεδιασµού και κατ επέκταση στον αντισεισµικό σχεδιασµό κατασκευών από Ο/Σ. Κύριος στόχος του υπόψη προγράµµατος δεν είναι µόνο η ανάδειξη των παραµέτρων που επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά του σεισµικού κραδασµού στην επιφάνεια αλλά η πρόταση νέας, βελτιωµένης κατηγοριοποίησης των εδαφών και των αντίστοιχων φασµάτων απόκρισης του αντισεισµικού κανονισµού.. ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ Η µελέτη της επιρροής των τοπικών εδαφικών συνθηκών οργανώθηκε γύρω από δύο βασικούς άξονες: A. Στην επεξεργασία µεγάλου αριθµού δεδοµένων από γεωτεχνικές και γεωφυσικές έρευνες σε όλη την επικράτεια της χώρας και το εξωτερικό (Εργ.Εδαφοµηχανικής & Θεµελιώσεων, ) σε συνδυασµό µε την επεξεργασία επιλεγµένων καταγραφών από σηµαντικούς σεισµούς της τελευταίας ετίας, οι οποίες καλύπτουν ένα σηµαντικό εύρος τιµών κορυφαίας εδαφικής επιτάχυνσης (PGA), σεισµικών µεγεθών και επικεντρικών αποστάσεων σε θέσεις οι οποίες καλύπτουν ικανοποιητικά τις βασικές περιπτώσεις εδαφών που συναντώνται στην πράξη, και B. Την ανάλυση αποτελεσµάτων µεγάλου αριθµού παραµετρικών, θεωρητικών αναλύσεων (περίπου 6 σε αριθµό) σε µονοδιάστατα εδαφικά προσοµοιώµατα (Schnabel et al., 97), η σύνθεση των οποίων βασίστηκε σε αναπαραγωγή των εδαφικών κατηγοριών των αντισεισµικών κανονισµών, καθώς και σε συνήθεις περιπτώσεις εδαφικών συνθηκών σε τεχνικά έργα. Η εκτέλεσή τους έγινε µε διάφορα σενάρια σεισµών διέγερσης του βραχώδους υποβάθρου, τα οποία επιλέχθηκαν βάσει ειδικής επεξεργασίας, έτσι ώστε να πληρούν τις απαραίτητες ιδιότητες καταγραφών σε βραχώδη ή πολύ σκληρά εδάφη (συχνοτικό περιεχόµενο, PGA, σεισµοτεκτονικό υπόβαθρο). Η τελική επεξεργασία των αποτελεσµάτων, η οποία κατέληξε στον χωρισµό των εδαφικών προσοµοιωµάτων σε κατηγορίες παρόµοιας σεισµικής συµπεριφοράς, βασίστηκε στον προσδιορισµό των συντελεστών φασµατικής ενίσχυσης και των ελαστικών φασµάτων απόκρισης στην επιφάνεια σε σχέση µε το είδος του εδαφικού υλικού, το πάχος των εδαφικών αποθέσεων καθώς επίσης και την ταχύτητα διάδοσης των διατµητικών κυµάτων του υποβάθρου.

3 Η σύνθεση των εδαφικών οµοιωµάτων που χρησιµοποιήθηκαν στις αναλύσεις σεισµικής απόκρισης, βασίστηκε στις απλοποιηµένες εδαφικές κατηγορίες που προέκυψαν από την πρώτη φάση του προγράµµατος, σε αναπαραγωγή βασικών κατηγοριών των αντισεισµικών κανονισµών καθώς και σε συνήθεις περιπτώσεις εδαφών που συναντώνται στην πράξη. Στο σύνολο τους καλύπτουν ένα σηµαντικό εύρος διαφορετικών εδαφικών συνθηκών, όπως φαίνεται και στα αντιπροσωπευτικά διαγράµµατα του Σχήµατος. Επιγραµµατικά, αναφέρονται παρακάτω τα όρια διακύµανσης κάποιων χαρακτηριστικών παραµέτρων: βάθος βραχώδους υποβάθρου: Η bed (m) ταχύτητα διατµητικών κυµάτων στο βραχώδες υπόβαθρο: 75 V s,bed (m/sec) θεµελιώδης περίοδος εδαφικής στήλης:. T ο (sec).5 µέση σταθµισµένη ταχύτητα διατµητικών κυµάτων των πρώτων µέτρων: V s, (m/sec) 87 µέση ταχύτητα διατµητικών κυµάτων εδαφικής στήλης: V s,µ (m/sec) 858 λόγος ταχυτήτων διατµητικών κυµάτων βραχώδους υποβάθρου και εδαφικής στήλης:. V s,bed / V s,µ 5. (α) (β) (γ) Αριθµός D Αναλύσεων Αριθµός D Αναλύσεων Αριθµός D Αναλύσεων <= <= > V s,bed (m/sec). -. H bed (m) Το (sec) >. (ε) Αριθµός D Αναλύσεων Αριθµός D Αναλύσεων <= <= <= V s, (m/sec) >7 V s,µ (m/sec) Σχήµα. Εδαφικά οµοιώµατα θεωρητικών αναλύσεων: ιακύµανση (α) βάθους βραχώδους υποβάθρου Η bed, (β) ταχύτητας διατµητικών κυµάτων βραχώδους υποβάθρου V s,bed και (γ) θεµελιώδους περιόδου εδαφικής στήλης Τ ο, (δ) διακύµανση µέσης σταθµισµένης ταχύτητας διατµητικών κυµάτων των πρώτων µέτρων V s,, (ε) µέσης ταχύτητας διατµητικών κυµάτων εδαφικής στήλης V s,µ και (στ) λόγου ταχυτήτων διατµητικών κυµάτων βραχώδους υποβάθρου και εδαφικής στήλης V s,bed /V s,µ. (δ) (στ) Αριθµός D Αναλύσεων >7 V s,bed /V s,µ > 7. Το βασικό στάδιο θεωρητικών αναλύσεων, οργανώθηκε έτσι ώστε να εξεταστεί η επίδραση µιας σειράς παραγόντων (φυσικές-µηχανικές-δυναµικές ιδιότητες γεωϋλικών, πάχος-βάθος εδαφικών σχηµατισµών, λόγος δυστµησίας εδαφικών αποθέσεων βραχώδους υποβάθρου κ.α) στη διαµόρφωση της ισχυρής εδαφικής κίνησης. Ως σεισµικές διεγέρσεις χρησιµοποιήθηκαν επιλεγµένες καταγραφές µε τιµές κορυφαίας επιτάχυνσης από.g έως.7g οι οποίες καλύπτουν ένα ευρύ φάσµα περιόδων και παρουσιάζουν πολύ καλή συµφωνία µε τα φάσµατα σχεδιασµού του EC8 για συνθήκες βράχου καθώς και µε τα φάσµατα εµπειρικών σχέσεων απόσβεσης (Sabetta and Pugliese, 996, Ambraseys, 995). Ανάλογα µε τα κριτήρια, βάσει των οποίων διαµορφώθηκαν τα

4 εδαφικά οµοιώµατα και τις παραµέτρους που µελετήθηκαν σε καθένα από αυτά, το σύνολο των αναλύσεων που πραγµατοποιήθηκαν µπορεί να χωριστεί σε τρεις οµάδες: Εδαφικά προσοµοιώµατα εδαφικών κατηγοριών EC8 για διάφορα βάθη βραχώδους υποβάθρου (Σχήµα α). Εξετάστηκαν συνολικά 5 εδαφικά οµοιώµατα, τα οποία διαµορφώθηκαν µε βάση την γεωτεχνική περιγραφή και τις µέσες τιµές ταχυτήτων Vs των εδαφικών κατηγοριών του ΕC8 - ENV998, για διαφορετικές τιµές βάθους βραχώδους υποβάθρου (, και 6m). Η ταχύτητα διάδοσης των διατµητικών κυµάτων στο βραχώδες υπόβαθρο διατηρήθηκε σταθερή σε όλες τις αναλύσεις και ίση µε Vs,bed = 5 m/sec ενώ οι σεισµικές διεγέρσεις περιελάµβαναν τις επιλεγµένες καταγραφές. Εδαφικά προσοµοιώµατα αµιγώς αργιλικών, αµµωδών καθώς και µικτών µε διακύµανση των φυσικών ιδιοτήτων (σχετική πυκνότητα Dr, δείκτης πλαστικότητας PI), των ταχυτήτων Vs των εδαφικών σχηµατισµών και του βάθους του βραχώδους υποβάθρου µε τις επιλεγµένες σεισµικές διεγέρσεις. Ενδεικτική εικόνα των εδαφικών τοµών απεικονίζεται στο Σχήµα β. Εδαφικά προσοµοιώµατα µε διακύµανση του πάχους και της θέσης στρώµατος µικρής δυστµησίας εντός εδαφικού σχηµατισµού µεγαλύτερης δυστµησίας και του βάθους του βραχώδους υποβάθρου. Η συγκεκριµένη περίπτωση εδαφικών συνθηκών προδιαγράφεται µάλιστα ως ειδική εδαφική κατηγορία σε κάποιους αντισεισµικούς κανονισµούς (π.χ. ΕC8- pren998/draft, κατηγορία Ε) και παρουσιάζει εξαιρετικό ενδιαφέρον διότι συναντάται συχνά στην πράξη σε περιοχές χαλαρών εδαφικών αποθέσεων. GV Αµιγώς αργιλικά (β) GV GV m ΤΟΜΗ Ι 6 8 Vs (m/sec) m ΤΟΜΗ ΙΙ 6 8 Vs (m/sec) V s,cl = / 5 / 7 m/sec PI CL = / / H bed. = 5 / 8 / m V s,bed. = 75 / / 5 / m/sec CL H bed. m m Αµιγώς αµµώδη ΤΟΜΗ ΙΙΙ 6 8 Vs (m/sec) ΤΟΜΗ ΙV 6 8 Vs (m/sec) V s, = / 5 / 7 m/sec Dr = min / max H bed. = 8 m V s,bed. = 75 / / 5 / m/sec H bed. CL CL CL (α) m ΤΟΜΗ V 6 8 Vs (m/sec) Σχήµα 6.: Εδαφικά οµοιώµατα (τοµές διαµορφωµένα βάσει των εδ κατηγοριών του EC8-ENV PI CL = V s,µ = 5 V s,bed. = 5 m/sec Μικτά Dr = min H = / / / / 5 / 6 / 7 m H CL H bed. = 8 m Σχήµα. α) Εδαφικά προσοµοιώµατα διαµορφωµένα βάσει των εδαφικών κατηγοριών του EC-8, β) Αργιλικά, αµµώδη και µικτά εδαφικά προσοµοιώµατα.

5 . ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ Ε ΑΦΩΝ Η διάκριση των εδαφών µε καθαρά ποιοτικά κριτήρια, που προτείνεται από τον ΕΑΚ, αποτελεί κοινή διαπίστωση ότι δεν ανταποκρίνεται στις βασικές απαιτήσεις ενός σύγχρονου συστήµατος κατηγοριοποίησης, καθώς πέραν των άλλων αδυναµιών η απουσία ποσοτικών παραµέτρων, οι οποίες αποτελούν χαρακτηριστικές ιδιότητες των εδαφικών υλικών, αυξάνει την αβεβαιότητα επιλογής της κατάλληλης κατηγορίας. Η πλειοψηφία των διεθνών αντισεισµικών κανονισµών (NEHRP/97, UBC/97, ΕC8-prEN998/Draft) αναγνωρίζοντας την ανάγκη εισαγωγής ποσοτικών παραµέτρων, προχώρησε στην διάκριση των εδαφών µε βάση την ταχύτητα των διατµητικών κυµάτων Vs, µε χρήση της σταθµισµένης µέσης ταχύτητας των πρώτων µέτρων, Vs,. Αν και η κατάταξη στην µονοπαραµετρική αυτή κλίµακα υπερτερεί της καθαρά ποιοτικής περιγραφής, εκφράζονται επιφυλάξεις για την αξιοπιστία χρήσης της και προκύπτουν αρκετά ερωτηµατικά που σχετίζονται µε την ταυτόχρονη επιρροή µιας σειράς παραγόντων στα χαρακτηριστικά της σεισµικής απόκρισης, σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα των θεωρητικών και πειραµατικών αναλύσεων που πραγµατοποιήθηκαν στα πλαίσια της εκτενούς µελέτης, που συνοψίζονται στα παρακάτω: α) η περιγραφή των εδαφών αποκλειστικά από την τιµή Vs, εµπεριέχει περιορισµούς που σχετίζονται µε τη χρήση στατιστικών σχέσεων και την ανάγκη διεξαγωγής εκτεταµένων επί τόπου γεωφυσικών ερευνών και δεν µπορεί να θεωρηθεί πλήρης αν δεν συνοδεύεται από καλή γνώση του είδους του εδαφικού υλικού και διαφόρων φυσικών και µηχανικών παραµέτρων, οι οποίες µπορούν να προσδιοριστούν σχετικά εύκολα ή ενδεχοµένως να εκτιµηθούν εµµέσως. Ο λόγος είναι προφανής και συνδέεται, µε την επιρροή της µη γραµµικής συµπεριφοράς του εδάφους σε σχέση µε είδος του εδαφικού υλικού που κυριαρχεί στο υπέδαφος (άµµος ή άργιλος). β) η κατάταξη του υπεδάφους βασιζόµενη µόνο στην επιφανειακή εδαφική δοµή των µέτρων, παραβλέπει τη σπουδαιότητα που µπορεί να έχουν στη σεισµική απόκριση οι υποκείµενοι εδαφικοί σχηµατισµοί έως το βραχώδες υπόβαθρο. Τόσο οι ενόργανες µετρήσεις, όσο και οι θεωρητικές αναλύσεις που πραγµατοποιήθηκαν, ανέδειξαν τον καθοριστικό ρόλο των βαθύτερων εδαφικών στρωµάτων καθώς επίσης της γεωµετρίας και της δυστµησίας του υποβάθρου, στην ένταση και στο φασµατικό περιεχόµενο της σεισµικής κίνησης στην επιφάνεια. Βάσει των όσων αναφέρθηκαν, γίνεται αντιληπτό ότι η πρόταση ενός νέου συστήµατος εδαφικής κατηγοριοποίησης θα πρέπει να συµπεριλάβει τόσο τον παράγοντα της εδαφικής δυστµησίας, όσο και αυτούς του τύπου και του βάθους των εδαφικών αποθέσεων, αναγνωρίζοντας τη σπουδαιότητα που αυτοί έχουν στην εδαφική απόκριση. Επιπλέον, η ενσωµάτωσή τους στα πλαίσια ενός αντισεισµικού κανονισµού, προϋποθέτει τη δυνατότητα κάλυψης όλων των πιθανών περιπτώσεων εδαφικών συνθηκών που συναντώνται στην πράξη, την ακρίβεια και πληρότητα στη περιγραφή και την εισαγωγή φυσικών και µηχανικών παραµέτρων που αποτελούν χαρακτηριστικές ιδιότητες των εδαφών και είναι εύκολο να προσδιοριστούν από δοκιµές πεδίου/εργαστηρίου ή να εκτιµηθούν εµµέσως. Η ικανοποίηση των παραπάνω κριτηρίων αποτέλεσε τη βάση για την τελική πρόταση εδαφικής κατηγοριοποίησης, η οποία παρουσιάζεται στον Πίνακα. Πρόκειται ουσιαστικά για το τελικό αποτέλεσµα της µελέτης, λαµβάνοντας υπόψη τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας γεωτεχνικών/γεωφυσικών δεδοµένων από την ελληνική επικράτεια που κατέληξε στην προκαταρκτική κατάταξη των εδαφών σε διακριτές κατηγορίες, τις διατάξεις του ΕΑΚ και του EC8-prEN998, τα αποτελέσµατα των θεωρητικών αναλύσεων καθώς και αποτελέσµατα πρόσφατων ερευνητικών εργασιών (Seed and Dickenson, 99; Rodriguez et al.,) Οι βασικές παράµετροι που υιοθετήθηκαν για τον διαχωρισµό των προτεινόµενων εδαφικών κατηγοριών είναι οι εξής: η ποιοτική περιγραφή µε βάση τον τύπο των σχηµατισµών αποθέσεων (υγιείς / ελαφρά αποσαθρωµένοι / έντονα αποσαθρωµένοι βραχώδεις σχηµατισµοί, πολύ στιφρές έως µαλακές άργιλοι, µεγάλης πυκνότητας έως χαλαρές άµµοι κλπ), η οποία και αποτελεί µέτρο της δυστµησίας τους και βρίσκεται σε αντιστοιχία µε τις προτεινόµενες τιµές µέσης ταχύτητας διάδοσης των διατµητικών κυµάτων.

6 το πάχος των εδαφικών σχηµατισµών έως το βραχώδες υπόβαθρο, το οποίο ορίζεται ως ο σχηµατισµός µε Vs 8 m/s. Βοηθητικά, για λόγους που επιβάλει η πληρότητα αλλά και η διευκόλυνση της κατάταξης των εδαφών σε µία από τις προτεινόµενες κατηγορίες, προτείνονται επίσης όρια διακύµανσης για: την ιδιοπερίοδο των εδαφικών σχηµατισµών, η οποία αποτελεί µέτρο έκφρασης τόσο της δυστµησίας, όσο και του πάχους τους έως το βραχώδες υπόβαθρο. την τιµή N-S.P.T. της δοκιµής κρουστικής διείσδυσης, η οποία αποτελεί την πλέον διαδεδοµένη γεωτεχνική δοκιµή πεδίου στην Ελλάδα και χρησιµοποιείται τόσο για τον χαρακτηρισµό των εδαφών, όσο και για την έµµεση εκτίµηση των ταχυτήτων Vs. την τιµή της αστράγγιστης διατµητικής αντοχής Su, η οποία χρησιµοποιείται για την κατάταξη των αργιλικών εδαφών (συµπληρωµατικά χρησιµοποιείται και η τιµή του δείκτη πλαστικότητας PI). Βάσει των παραπάνω διαµορφώθηκαν τελικά 6 βασικές κατηγορίες εδαφών (Α, Β, Γ,, Ε και Χ), ο διαχωρισµός των οποίων γίνεται κατά βάση µε κριτήριο την ποιοτική περιγραφή και τη δυστµησία τους. Στη γενική τους µορφή ανταποκρίνονται ως ένα βαθµό στις κατηγορίες εδαφών των υφιστάµενων κανονισµών (ΕΑΚ, EC8) και στις ειδικές περιπτώσεις εδαφικών συνθηκών που επισηµάνθηκαν κατά τη θεωρητική µελέτη της σεισµικής απόκρισης και που στο σύνολο τους ανταποκρίνονται ικανοποιητικά στις περισσότερες από τις πιθανές περιπτώσεις εδαφικών συνθηκών που συναντώνται στην πράξη. Η υποδιαίρεση των βασικών κατηγοριών Α, Β, Γ, και σε επί µέρους υποκατηγορίες, έγινε µε κριτήριο το πάχος των εδαφικών αποθέσεων και βασίστηκε σε µεγάλο βαθµό στα αποτελέσµατα των θεωρητικών αναλύσεων, οι οποίες ανέδειξαν την επιρροή του βάθους έως το βραχώδες υπόβαθρο στα χαρακτηριστικά της σεισµικής απόκρισης. Θα πρέπει βέβαια να τονιστεί ότι τόσο ο τελικός αριθµός κατηγοριών, όσο και τα όρια διακύµανσης των παραµέτρων διαχωρισµού που χρησιµοποιήθηκαν, ανταποκρίνονται στα δεδοµένα και τα αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας.. ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ ΦΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΙ ΦΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ Για κάθε κατηγορία εδάφους προσδιορίστηκαν για δύο επίπεδα έντασης της αναµενόµενης σεισµικής διέγερσης σε εδαφικές συνθήκες βράχου (Type PGArock>.g, Type PGArock<.g) µε βάση τα αποτελέσµατα των θεωρητικών αναλύσεων, οι συντελεστές φασµατικής ενίσχυσης στην επιφάνεια σε σχέση µε τον σεισµικό κραδασµό σε συνθήκες επιφανειακής εµφάνισης του βραχώδους υποβάθρου. Στο σχήµα δίδεται ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγµα υπολογισµού των συντελεστών ενίσχυσης για την κατηγορία εδάφους Γ. Ο προσδιορισµός των εξοµαλυµένων ελαστικών φασµάτων επιταχύνσεων στην επιφάνεια για κάθε κατηγορία εδάφους βασίστηκε στους συντελεστές ενίσχυσης και στα φάσµατα που προτείνονται στις διατάξεις του EC8-prEN998/Draft για εδαφικές συνθήκες βράχου. Σηµειώνεται ότι τα φάσµατα του EC8 για συνθήκες βράχου λαµβάνουν υπόψη την επιρροή της έντασης της σεισµικής κίνησης στο βράχο, ανάλογα µε το µέγιστο αναµενόµενο σεισµικό µέγεθος (Type Μ>5.5, Type M<5.5). Με την εφαρµογή γνωστών σχέσεων εξασθένισης, η συγκεκριµένη διάκριση µπορεί να αναχθεί σε επίπεδο κορυφαίων τιµών επιτάχυνσης σε συνθήκες βράχου (Type PGArock>.g, Type PGArock<.g). Επιπρόσθετα, τα προτεινόµενα φάσµατα σχεδιασµού για συνθήκες βράχου έχουν προκύψει από την επεξεργασία µεγάλου αριθµού ενόργανων καταγραφών από τον ευρωπαϊκό χώρο, και παρουσιάζουν καλή συµφωνία µε τις τιµές που προκύπτουν από την εφαρµογή εµπειρικών σχέσεων απόσβεσης (Sabetta and Pugliese, 996, Ambraseys, 995).

7 Πίνακας. Προτεινόµενες κατηγορίες υπεδάφους ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Το (sec) () ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ A Υγιείς βραχώδεις σχηµατισµοί V S 5 m/sec A Β Γ Ε A Β Β Γ Γ Γ Ελαφρά αποσαθρωµένοι / κερµατισµένοι βραχώδεις σχηµατισµοί µε την προϋπόθεση ότι το πάχος της ασθενούς, έντονα αποσαθρωµένης επιφανειακής ζώνης είναι µικρότερο των 5.m Γεωλογικοί σχηµατισµοί που προσοµοιάζουν βραχωδών σχηµατισµών από απόψεως µηχανικών ιδιοτήτων και σύστασης (π.χ. κροκαλοπαγή) Εντόνως αποσαθρωµένοι βραχώδεις σχηµατισµοί µε τη ζώνη αποσάθρωσης να εκτείνεται σε σηµαντικό βάθος 5. -.m Μαλακοί βραχώδεις σχηµατισµοί µεγάλου πάχους ή σχηµατισµοί που προσοµοιάζουν αυτών από απόψεως µηχανικών ιδιοτήτων (π.χ. σκληρές µάργες) Εδαφικοί σχηµατισµοί πολύ πυκνής άµµου αµµοχάλικου ή/και πολύ στιφρής αργίλου, οµοιογενούς γενικά σύστασης και µικρού πάχους (έως.m) Εδαφικοί σχηµατισµοί πολύ πυκνής άµµου αµµοχάλικου ή/και πολύ στιφρής αργίλου, οµοιογενούς γενικά σύστασης και ενδιάµεσου πάχους (. - 6.m), µε µηχανικές ιδιότητες αντοχής αυξανόµενες µε το βάθος Εδαφικοί σχηµατισµοί πυκνής έως κατά στρώσεις πολύ πυκνής άµµου αµµοχάλικου ή/και στιφρής έως πολύ στιφρής αργίλου, µεγάλου πάχους (> 6.m), µε µηχανικές ιδιότητες αντοχής σταθερές ή/και αυξανόµενες µε το βάθος Εδαφικοί σχηµατισµοί µέσης πυκνότητας άµµου αµµοχάλικου ή/και µετρίως στιφρής αργίλου (PI > 5, περιεκτικότητα σε λεπτόκοκκα > %), ενδιάµεσου πάχους (. 6.m) Εδαφικοί σχηµατισµοί της κατηγορίας Γ, µεγάλου πάχους (> 6.m), οµοιογενείς ή σε αλληλουχία, χωρίς να διακόπτονται από εδαφικούς σχηµατισµούς µεγάλου πάχους (> 5.m) και εµφανώς µικρότερης αντοχής και ταχύτητας V s Πρόσφατες εδαφικές αποθέσεις ικανού πάχους (έως 6m), όπου επικρατεί ο σχηµατισµός της µαλακής αργίλου µε υψηλό δείκτη πλαστικότητας (PI>), υψηλό ποσοστό υγρασίας και χαµηλές τιµές παραµέτρων αντοχής Πρόσφατες εδαφικές αποθέσεις ικανού πάχους (έως 6m), όπου επικρατούν σχετικά χαλαροί αµµώδεις έως αµµοϊλυώδεις σχηµατισµοί µε ικανό ποσοστό λεπτόκοκκων (ώστε να µην ανήκουν στα εν δυνάµει ρευστοποιήσιµα εδάφη) Εδαφικοί σχηµατισµοί µεγάλου συνολικού πάχους (> 6.m), οι οποίοι χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη ενστρώσεων εδαφών κατηγορίας ή µικρού πάχους (5 5m), µέχρι βάθους m περίπου, εντός εδαφών (αµµωδών ή/και αργιλικών κατηγορίας Γ) εµφανώς µεγάλης αντοχής, µε Vs m/s Επιφανειακές εδαφικές στρώσεις µικρού πάχους (5 - m), µικρής αντοχής και ακαµψίας, δυνάµενες να ενταχθούν από απόψεως γεωτεχνικών ιδιοτήτων στις κατηγορίες Γ και, υπερκείµενοι σχηµατισµών της κατηγορίας Α (V s 8 m/s). Επιφαν. ζώνη αποσάθρωσης: V S m/s βραχώδεις σχηµατισµοί: V S 8 m/s V S 8 m/sec ζώνη αποσάθρωσης: () V S m/s V S = -8 m/s,. N () SPT > 5, S () u > KPa V S = -8 m/s, N SPT > 5, S u > KPa V S = -8 m/s,.8 N SPT > 5, S u > KPa V S = -8 m/s,. N SPT > 5, S u > KPa. V S = - m/s, N SPT >, S u > 7 KPa. V S = - m/s, N SPT >, S u > 7 KPa. V S m/s, N SPT <, S u < 7KPa. V S m/sec, N SPT <..5 Επιφαν. εδαφικές στρώσεις: V S = 5- m/s Χ Χαλαρά λεπτόκοκκα αµµοϊλυώδη εδάφη υπό τον υδάτινο ορίζοντα, που ενδέχεται να ρευστοποιηθούν (εκτός αν ειδική µελέτη αποκλείσει τέτοιο κίνδυνο, ή γίνει βελτίωση των µηχανικών τους ιδιοτήτων). Εδάφη που βρίσκονται δίπλα σε εµφανή τεκτονικά ρήγµατα. Απότοµες κλιτείς καλυπτόµενες µε προϊόντα χαλαρών πλευρικών κορηµάτων. Χαλαρά κοκκώδη ή µαλακά ιλυοαργιλικά εδάφη, εφόσον έχει αποδειχθεί ότι είναι επικίνδυνα από άποψη δυναµικής συµπυκνώσεως ή απώλειας αντοχής. Πρόσφατες χαλαρές επιχωµατώσεις (µπάζα). Εδάφη µε πολύ υψηλό ποσοστό οργανικού υλικού () () Ιδιοπερίοδος εδαφικής στήλης έως το βάθος του βραχώδους υποβάθρου (σχηµατισµός µε Vs 8 m/sec). Μέση τιµή, σταθµισµένη µε το πάχος των επί µέρους εδαφικών στρώσεων (),() Μέση τιµή

8 (α) site coefficients site coefficients Σχήµα. Sasoil / Sarock Sasoil / Sarock PGA rock <.g µέση τιµή µέση τιµή + τυπ. απόκλιση µέση τιµή - τυπ. απόκλιση PGA rock >.g µέση τιµή µέση τιµή + τυπ. απόκλιση µέση τιµή - τυπ. απόκλιση Sa / PGArock Sa / PGArock PGArock <.g Sa,rock Sa,rock x site coefficients (µέση τ προτεινόµενο φάσµα απόκρισης Τ (sec) PGArock >.g Sa,rock Sa,rock x site coefficients (µέση τ προτεινόµενο φάσµα απόκρισης Τ (sec) Κατηγορία εδάφους Γ (α) Συντελεστές εδαφικής ενίσχυσης - Αποτελέσµατα θεωρητικών αναλύσεων εδαφικής απόκρισης (β) Προτεινόµενα φάσµατα απόκρισης επιτάχυνσης (β) Η διαδικασία που ακολουθήθηκε, για δύο επίπεδα έντασης της σεισµικής κίνησης (Type PGArock>.g, Type PGArock<.g), για τον προσδιορισµό των ελαστικών φασµάτων περιελάµβανε τα παρακάτω στάδια: κατάταξη των εδαφικών οµοιωµάτων που εξετάστηκαν στα πλαίσια των θεωρητικών αναλύσεων σεισµικής απόκρισης, στις εδαφικές κατηγορίες που διαµορφώθηκαν στα πλαίσια της παρούσας µελέτης. στατιστική επεξεργασία των αποτελεσµάτων των θεωρητικών αναλύσεων σε επίπεδο συντελεστών εδαφικής ενίσχυσης (µεταβολή µέσων τιµών και τυπικών αποκλίσεων για κάθε κατηγορία εδάφους, συναρτήσει των φασµατικών περιόδων και της έντασης του σεισµού διέγερσης). εκτίµηση των κανονικοποιηµένων φασµάτων απόκρισης επιτάχυνσης για κάθε κατηγορία εδάφους, τα οποία προκύπτουν από την εφαρµογή των µέσων συντελεστών εδαφικής ενίσχυσης στα αντίστοιχα κανονικοποιηµένα φάσµατα για συνθήκες βράχου και περιγράφονται από τις ακόλουθες εξισώσεις: ( T ) S a T T TB : = S + ( β ) () PGArock TB S a ( T ) TB T TC : = S β () PGA T C T T D rock ( T ) S a TC : = S β () PGA T rock ( T ) S a TD T : = D S β TC () PGA rock T

9 Όπου, PGA rock = κορυφαία επιτάχυνση σχεδιασµού για συνθήκες βράχου, T B,TC = τιµές περιόδων που οριοθετούν το σταθερό κλάδο του φάσµατος, TD = τιµή περιόδου που ορίζει το σηµείο αλλαγής της κλίσης του κατερχόµενου κλάδου του φάσµατος επιτάχυνσης και την αρχή του σταθερού κλάδου στο αντίστοιχο φάσµα µετακινήσεων, S = συντελεστής ενίσχυσης της µέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης και β = συντελεστής φασµατικής ενίσχυσης. Στον πίνακα παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα της παραπάνω επεξεργασίας για κάθε εδαφική κατηγορία και για τα δύο επίπεδα έντασης της σεισµικής κίνησης που εξετάστηκαν (Type PGA rock >.g, Type PGA rock <.g) και καθορίζονται οι τιµές των παραµέτρων Τ Β, Τ C, T D, S και β που περιγράφουν τα προτεινόµενα φάσµατα απόκρισης επιτάχυνσης. Τα τελευταία απεικονίζονται συγκεντρωτικά στα Σχήµατα και 5 κανονικοποιηµένα αντίστοιχα ως προς την κορυφαία τιµή επιτάχυνσης στο βράχο (PGA rock ) και ως προς την κορυφαία τιµή εδαφικής επιτάχυνσης (PGA rock *S). 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκαν αντιπροσωπευτικά αποτελέσµατα ενός εκτεταµένου προγράµµατος που εκπονείται στο Εργαστήριο Εδαφοµηχανικής και Θεµελιώσεων του Α.Π.Θ., θεωρητικής και πειραµατικής µελέτης των τοπικών εδαφικών συνθηκών, µε στόχο την αξιολόγηση και αποτίµηση των διατάξεων των σύγχρονων αντισεισµικών κανονισµών και την πρόταση νέας βελτιωµένης κατηγοριοποίησης εδαφών µε τα αντίστοιχα φάσµατα απόκρισης. Τα αποτελέσµατα αφορούν τις κατηγορίες του υπεδάφους και τις σεισµικές διεγέρσεις σχεδιασµού συνήθων δοµηµάτων, και έχουν ως στόχο την ποσοτική έκφραση των βασικών παραµέτρων του αναµενόµενου σεισµικού κραδασµού στην επιφάνεια στα πλαίσια του αντισεισµικού κανονισµού. Πίνακας. Παράµετροι Φασµάτων Απόκρισης Επιτάχυνσης Κατηγορί α Εδάφους Προτεινόµενα Φάσµατα Απόκρισης Επιτάχυνσης PGA rock <.g PGA rock >.g T B (sec) T C (sec) T D (sec) S β T B (sec) T C (sec) T D (sec) S β,5,5,,,5,5,,,,5 Β,5,5,5,,,5,5,8,6, Β,5,5,7,,,,55,,, Γ,,,8,7,5,5,7,,5,5 Γ,,5,8,,5,5,8,,,5 Γ,,5,,,5,5,9,,,5,,7,,8,5,5,,,,5,,7,,,5,5,,,85,5,,7,,,5,5,,,,5 Ε,5,5,,,,,,7,, ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ: Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού προγράµµατος για την θεωρητική και πειραµατική µελέτη των τοπικών εδαφικών συνθηκών µε στόχο την αξιολόγηση και αναµόρφωση των σεισµικών δράσεων σχεδιασµού του Ε.Α.Κ., µε χρηµατοδότηση από τον ΟΑΣΠ.

10 Sa/PGA rock PGA rock <. g A B B Γ Γ Γ E Sa/PGA rock PGA rock >. g A B B Γ Γ Γ E Σχήµα Προτεινόµενα φάσµατα απόκρισης επιτάχυνσης για κάθε εδαφική κατηγορία, κανονικοποιηµένα ως προς την κορυφαία τιµή επιτάχυνσης στο βράχο (PGA rock ) Sa / (PGA rock *S) PGA rock <. g A B B Γ Γ Γ E Sa / (PGA rock *S) PGA rock >. g A B B Γ Γ Γ E Σχήµα Προτεινόµενα φάσµατα απόκρισης επιτάχυνσης για κάθε εδαφική κατηγορία, κανονικοποιηµένα ως προς την κορυφαία τιµή εδαφικής επιτάχυνσης (PGA rock *S) ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Ambraseys, N.N. (995) The prediction of earthquake peak acceleration in Europe Earthquake Engineering and Structural Dynamics, Vol., pp ΕΑΚ. Ελληνικός Αντισεισµικός Κανονισµός. Εργαστήριο Εδαφοµηχανικής και Θεµελιώσεων, Α.Π.Θ. (), Αρχείο Γεωτεχνικών και Γεωφυσικών εδοµένων. European Committee for Standardization (). General rules, seismic actions and rules for buildings EC8, Draft No, Design of Structures for Earthquake Resistance, Part. Rodriguez-Marek, A., Bray, J.D., Abrahamson, N. (). An empirical geotechnical seismic site response procedure Earthquake Spectra, Vol.7, No.. Sabetta, F., Pugliese, A. (996) Estimation of Response Spectra and Simulation of Nonstationary Earthquake Ground Motions Bull. Seism. Soc. Am., Vol.86, No., pp.7-5. Schnabel P.B., Lysmer J., Seed H.B., (97) SHAKE - A computer program for earthquake response analysis of horizontally layered sites, Report No.EERC-7/, University of California, Berkeley, 97. Seed, R.B., Dickenson, S.E., Mok, C.M. (99). Seismic response analysis of soft and deep cohesive sites: A brief summary at recent findings Proceedings, CALTRANS First Annual Seismic Response Workshop, Sacramento, California. Τεχνική Έκθεση Ερευνητικού Προγράµµατος ΟΑΣΠ. Θεωρητική και Πειραµατική Μελέτη των Τοπικών Εδαφικών Συνθηκών µε Στόχο την Αξιολόγηση και Αναµόρφωση των Σεισµικών ράσεων Σχεδιασµού του ΕΑΚ, Τελική Έκθεση, Εργ.Εδαφοµηχανικής & Θεµελιώσεων Α.Π.Θ.,.