Αποστόλου Ευθύμιος ΣΥΣΤΗΜΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΚΙΝΔΥΝΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης Πολυτεχνική Σχολή- Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών «Αντισεισμικός Σχεδιασμός Τεχνικών Έργων» Αποστόλου Ευθύμιος Διπλωματούχος Πολιτικός Μηχανικός Α.Μ. 263 ΣΥΣΤΗΜΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΚΙΝΔΥΝΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία Επιβλέπων: Κ. Πιτιλάκης Καθηγητής Α.Π.Θ. Θεσσαλονίκη, Νοέμβριος 2012

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΕΡΓΩΝ» Μεταπτυχιακή ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών Αντισεισμικός Σχεδιασμός Τεχνικών Έργων Θέμα: Συστημική αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης Λιμένα Θεσσαλονίκης Σύντομη περιγραφή: Αντικείμενο της εργασίας είναι η αποτίμηση της τρωτότητας, της σεισμικής διακινδύνευσης και της συνολικής αποδοτικότητας και λειτουργικότητας του λιμένα Θεσσαλονίκης, λαμβάνοντας υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των υποδομών και δικτύων που βρίσκονται εντός του λιμένα και της επίδρασης αυτών στην λειτουργία ολόκληρου του συστήματος. Έμφαση θα δοθεί στην μελέτη της απόκρισης των λιμενικών εγκαταστάσεων (κρηπιδότοιχοι, γερανογέφυρες) συνεκτιμώντας τις αλληλεπιδράσεις με άλλα δίκτυα και υποδομές όπως το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και τις οδούς διακίνησης εμπορευμάτων του λιμένα. Επιπλέον, θα εξεταστεί η σύνδεση του λιμένα με τους κύριους οδικούς άξονες (εξωτερική περιφερειακή, δυτική έξοδος, εθνική οδός). Επιμέρους στόχος είναι η μελέτη της επιρροής διαφορετικών παραμέτρων και μεθόδων που υπεισέρχονται κατά την αποτίμηση της συνολικής αποδοτικότητας του λιμένα. Η μελέτη θα βασίζεται στις μεθόδους και υπολογιστικά εργαλεία που αναπτύσσονται στο ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα SYNER- G ( υπό τον συντονισμό του Εργαστηρίου Εδαφομηχανικής Θεμελιώσεων και Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής. Ζητούνται τα εξής: Ανάλυση της σεισμικής επικινδυνότητας (seismic hazard) και επιρροής τοπικών εδαφικών συνθηκών (site effects). Εκτίμηση της τρωτότητας (vulnerability) των εκτιθέμενων σε σεισμικό κίνδυνο στοιχείων μέσω κατάλληλων καμπυλών τρωτότητας (fragility curves). Αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης (seismic risk) μέσω υπολογισμού δεικτών απόδοσης της λειτουργικότητας του λιμένα/οδικού δικτύου, συνυπολογίζοντας τις αλληλεπιδράσεις (π.χ. σύνδεση γερανών με ηλ. ενέργεια, αποκλεισμός οδών λόγω κατάρρευσης κτιρίων). Μελέτη της επιρροής διαφορετικών παραμέτρων/μοντέλων στα παραπάνω βήματα ανάλυσης. Για παράδειγμα η επιρροή διαφορετικών μεθόδων εκτίμησης των τοπικών εδαφικών συνθηκών, διαφορετικών καμπυλών τρωτότητας και συσχετίσεων βλάβηςλειτουργικότητας λιμενικών εγκαταστάσεων κτλ. Οι αναλύσεις θα γίνουν με το κώδικα που έχει αναπτυχθεί στο SYNER-G σε περιβάλλον mat lab. Τα δεδομένα εισαγωγής δίνονται σε φύλλα excel. Απαιτούμενο λογισμικό: Mat lab (R2011a), ArcGis (v.10), Excel. Ο επιβλέπων καθηγητής : καθ. Κ. Πιτιλάκης Αποστόλου Ευθύμιος 2

3 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Στο σημείο αυτό κρίνεται σκόπιμο να απευθυνθούν, για τη 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 κρίσιμες παρατηρήσεις στο επίπεδο διόρθωσης της εργασίας. Στον Δρ. Σωτήρη Αργυρούδη για τις ουσιαστικές συμβουλές και διορθώσεις του σε όλα τα στάδια της εργασίας και τη παροχή πολύτιμου βιβλιογραφικού υλικού. Στην Δρ. Καλλιόπη Κακδέρη για την καθοδήγησή της, τις ουσιαστικές παρατηρήσεις της και τη πολύτιμη βοήθειά της καθ όλη τη διάρκειας εκπόνησης της εργασίας. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον Δρ. Jacopo Selva για την ουσιαστική συμβολή του στην κατανόηση του κώδικα εφαρμογής του προγράμματος Mat Lab. Η βοήθειά του ήταν πολύτιμη για την ολοκλήρωση της εργασίας μου. Αποστόλου Ευθύμιος 3

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ... 6 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΔΙΚΤΥΑ ΖΩΗΣ (ΓΡΑΜΜΕΣ ΖΩΗΣ) Ορισμός-Περιγραφή Δικτύων Βλάβες σε δίκτυα-γραμμές ζωής Μεθοδολογίες αποτίμησης σεισμικής διακινδύνευσης Το Λιμάνι και οι Λιμενικές Εγκαταστάσεις ως Δίκτυο Ζωής Παράκτια λιμενικά έργα-κρηπιδότοιχοι Εξοπλισμός φορτοεκφόρτωσης- Γερανοί Υποδομές Λιμένα Κτιριακές Εγκαταστάσεις Δίκτυα παρεχόμενων υπηρεσιών Δίκτυο και υποδομές μεταφορών Αστοχίες λιμένων και λιμενικών εγκαταστάσεων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Γενικά Παράκτια λιμενικά έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι / προβλήτες) Εξοπλισμός φορτοεκφόρτωσης Γερανοί Δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας λιμένα Κτιριακές εγκαταστάσεις λιμένα Οδικό δίκτυο εντός και εκτός του λιμένα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ Τρωτότητα Κατασκευών- Καμπύλες Τρωτότητας Μέθοδοι Εκτίμησης Καμπυλών Τρωτότητας Τρωτότητα Λιμενικών Εγκαταστάσεων Επισκόπηση Μεθόδων Αποτίμησης Σεισμικής Τρωτότητας ανά Συνιστώσα Λιμενικών Εγκαταστάσεων Παράκτια Λιμενικά Έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι / προβλήτες) Εξοπλισμός Φορτοεκφόρτωσης - Γερανοί Αποστόλου Ευθύμιος 4

5 Δίκτυο Παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας Κτιριακές Εγκαταστάσεις Οδικό Δίκτυο Χρησιμοποιούμενη Μέθοδος Αποτίμησης Σεισμικής Τρωτότητας ανά Συνιστώσα Λιμενικών Εγκαταστάσεων Παράκτια Λιμενικά Έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι / προβλήτες) Εξοπλισμός Φορτοεκφόρτωσης Γερανοί Δίκτυο Παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας Λιμένα Αστικές Οδοί Γέφυρες Αστικού Οδικού Δικτύου Κτιριακές Εγκαταστάσεις Λιμένα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ SYNER-G ΚΑΙ Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΣΤΟΝ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Γενικά Μεθοδολογία και Κώδικας Ανάλυσης του SYNER-G Εφαρμογή στο Λιμένα Θεσσαλονίκης Μέθοδοι Αναλύσεων, Φύλλα Εισαγωγής Δεδομένων και Παράμετροι Ανάλυσης Χρησιμοποιούμενες Μέθοδοι Αναλύσεων Μέθοδος Monte Carlo Μέθοδος Importance Sampling (ISS) Φύλλο Εισαγωγής Δεδομένων Σεισμικής Επικινδυνότητας Σχέση Εξασθένισης και Παράμετρος Σεισμικής Επικινδυνότητας Επιλογή Πηγών Γένεσης Σεισμικών Σεναρίων Συντελεστές Ενίσχυσης Εδάφους Βάσει Κανονιστικών Διατάξεων Φύλλα Εισαγωγής Παραμέτρων Επιμέρους Στοιχείων Λιμένα Ταξινόμηση Λιμενικών Εγκαταστάσεων (Κρηπιδότοιχοι - Γερανοί) Τρωτότητα και Λειτουργικότητα Λιμενικών Εγκαταστάσεων (Κρηπιδότοιχοι - Γερανοί) Δεδομένα για το Δίκτυο Ηλεκτροδότησης του Λιμένα Δεδομένα για το Οδικό Δίκτυο και τις Κτιριακές Κατασκευές Εντός του Λιμένα Δεδομένα για το Οδικό Δίκτυο εκτός του Λιμένα Παράδειγμα Εφαρμογής Ανάλυσης μέσω του Κώδικα Mat Lab ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ-ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Αποστόλου Ευθύμιος 5

6 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1α: Θαμμένες σωληνώσεις υπό σεισμική διέγερση. Όλκιμοι παραμορφωμένοι σωλήνες σιδήρου λόγω των μεγάλων εδαφικών παραμορφώσεων (αριστερά) και ψαθυρή αστοχία σωλήνων χυτοσιδήρου (δεξιά) Σεισμός Kobe, Σχήμα 1β: Διακόπτης ισχύος που ανατράπηκε κατά την διάρκεια του σεισμού της Loma Prieta στις ΗΠΑ το 1989 (EERI, 1990) Σχήμα 1γ: Χάρτης ένδειξης των υπόγειων μέσων μαζικής μεταφοράς και υπόδειξη των υποσταθμών με βλάβες λόγω σεισμού Kobe, Σχήμα 1δ: Κεραμικοί μονωτήρες που υπέστησαν βλάβη κατά την διάρκεια του σεισμού του Kobe στην Ιαπωνία το Σχήμα 1ε: Βλάβη σε οδικό δίκτυο μετά από σεισμική δόνηση Σχήμα 1στ: Σεισμός Θεσσαλονίκης, Αποκλεισμός οδών λόγω κατάρρευσης κτιρίων. 22 Σχήμα 2: Λειτουργική αποκατάσταση των συστημάτων παροχής νερού σε σημαντικούς αστικούς σεισμούς Σχήμα 3: Καμπύλη τρωτότητας. Απεικόνιση της σχέσης «σεισμική διέγερση και βλάβη».. 26 Σχήμα 4: Συσχετισμός δικτύων ζωής (σύστημα παροχής νερού-σύστημα ενεργειακού εφοδιασμού) Σχήμα 5: Ο λιμένας Θεσσαλονίκης Σχήμα 6: Συνιστώσες των λιμενικών εγκαταστάσεων Σχήμα 7: Τυπικές κατηγορίες παράκτιων λιμενικών έργων. Σημειώνεται ότι στο λιμένα Θεσσαλονίκης κυριαρχούν οι κρηπιδότοιχοι και οι τοίχοι βαρύτητας Σχήμα 8: Ηλεκτροκίνητοι γερανοί λιμένα Θεσσαλονίκης Σχήμα 9: Γερανογέφυρες λιμένα Θεσσαλονίκης Σχήμα 10: Χαρακτηριστικοί τύποι βλάβης τοίχου βαρύτητας και παράμετροι για τα κριτήρια βλάβης Σχήμα 11α: Οριζόντια ολίσθηση κρηπιδότοιχου ίση με 45cm στο λιμάνι της Βασιλικής στον σεισμό της Λευκάδας Σχήμα 11β: Καθίζηση του επιχώματος ίση με 20cm πίσω από κρηπιδότοιχο στο λιμάνι της Βασιλικής στον σεισμό της Λευκάδας Σχήμα 11γ: Καθίζηση του επιχώματος πίσω από κρηπιδότοιχο και βλάβες στην ποδιά του πεζοδρομίου στην πόλη της Λευκάδας στον σεισμό του Σχήμα 11δ: Καθίζηση επιχώματος (25cm), ολίσθηση προς την θάλασσα και στροφή κρηπιδότοιχων στην Μαρίνα της Λευκάδας στον σεισμό του Σχήμα 12α: 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 12β: Πλήρης κατάρρευση γερανού. Οι άλλοι γερανοί υπέστησαν διάφορα είδη αστοχιών όπως πλαστικές αρθρώσεις και λυγισμός των μελών τους (Σεισμός του Kobe, Rokko Island) Αποστόλου Ευθύμιος 6

7 Σχήμα 13: Χάρτης της περιοχής του λιμανιού Θεσσαλονίκης Σχήμα 14: Κρηπιδότοιχοι βαρύτητας λιμένα Θεσσαλονίκης Σχήμα 15: Σχηματική απεικόνιση των παράκτιων έργων και του εξοπλισμού φορτοεκφόρτωσης του λιμένα της Θεσσαλονίκης Σχήμα 16: Σχηματική απεικόνιση του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας για τον λιμένα Θεσσαλονίκης Σχήμα 17: Κεντρικά γραφεία λιμενικής αρχής λιμένα Θεσσαλονίκης Σχήμα 18: Τεχνικές και οικονομικές υπηρεσίες Σχήμα 19: Σταθμός επιβατών Σχήμα 20: Βρεφονηπιακός σταθμός Σχήμα 21: Γραφεία κεντρικής λιμενικής αρχής Σχήμα 22: Αποθήκη εμπορευμάτων Σχήμα 23: Υπηρεσίες ασφαλείας-φύλαξης Σχήμα 24: Αποθήκη εμπορευμάτων PAEGA multistores Σχήμα 25: Σιλό Σχήμα 26: Σχηματική απεικόνιση των κτιριακών εγκαταστάσεων στο χώρο του λιμένα Σχήμα 27: Το υπό μελέτη οδικό δίκτυο εντός του λιμένα Σχήμα 28: Το υπό μελέτη οδικό δίκτυο σύνδεσης λιμένα με: Ε.Ο. Θεσσαλονίκης-Κατερίνης, Εξωτερική Περιφερειακή Οδό, Εσωτερική Περιφερειακή οδό και Δυτική Είσοδο Θεσσαλονίκης (26 ης Οκτωβρίου) Σχήμα 29: Σύνδεση έκτης προβλήτας λιμένα Θεσσαλονίκης με την Ε.Ο. Θεσσαλονίκης- Κατερίνης Σχήμα 30: Α/Κ κλάδου 3 (Καβάλα-Θεσσαλονίκη) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής (Χ.Θ ) Σχήμα 31: Α/Κ κλάδου 1 (Αθήνα -Καβάλα) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής (Χ.Θ ) Σχήμα 32: Παράδειγμα καμπύλης τρωτότητας και αντίστοιχες τιμές δεικτών βλάβης για μέσου ύψους κτίρια Ο/Σ Σχήμα 33: Επεξήγηση των παραμέτρων των καμπυλών τρωτότητας Ichii (2003) Σχήμα 34: Καμπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (NIBS2004). 78 Σχήμα 35: Καμπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες για Vs=250m/sec (Kakderi and Pitilakis 2010) Σχήμα 36: Καμπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (για W/H=0,9, D 1 /H =1, N SPT = 10 - Ichii 2003) Σχήμα 37: Καμπύλες τρωτότητας για εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης-γερανούς (NIBS2004) 83 Σχήμα 38: Καμπύλες τρωτότητας για υποσταθμούς μεταφοράς (SMR-LIFE ) Σχήμα 39: Καμπύλες τρωτότητας για υποσταθμούς διανομής (NIBS2004) Αποστόλου Ευθύμιος 7

8 Σχήμα 40: Καμπύλες τρωτότητας οδοστρωμάτων (NIBS2004) Σχήμα 41: Καμπύλες τρωτότητας για γέφυρες οδικού δικτύου κατηγορίας BR06 (Basöz and Mander 1999) Σχήμα 42: Καμπύλες τρωτότητας για γέφυρες οδικού δικτύου κατηγορίας BR08 (Basöz and Mander 1999) Σχήμα 43: Καμπύλες τρωτότητας για μεταλλικές κατασκευές με άοπλη τοιχοποιία μικρού ύψους (1-2 όροφοι) (NIBS2004) Σχήμα 44: Καμπύλες τρωτότητας για κατασκευές από άοπλη τοιχοποιία μεγάλου ύψους (3 όροφοι και άνω) (Κάππος 2006) Σχήμα 45: Καμπύλες τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) Σχήμα 46: Καμπύλες τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μεσαίου ύψους (4-7 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) Σχήμα 47: Καμπύλες τρωτότητας για δίδυμο σύστημα κατασκευών από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) Σχήμα 48: Διάγραμμα των κατηγοριών που καθορίζονται για την συστηματική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικού κινδύνου των υποδομών μιας κοινωνίας Σχήμα 49: Διάγραμμα για την συστημική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικού κινδύνου του δικτύου ύδρευσης και παροχής ηλεκτρικής ενέργειας Σχήμα 50: Διάγραμμα για την συστημική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικής διακινδύνευσης του λιμένα Σχήμα 51: Επιλογή της μεθόδου ανάλυσης και του αριθμού των βημάτων Σχήμα 52: Καθορισμός της σχέσης εξασθένισης και της κύριας παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας ως δεδομένα στην ανάλυση Σχήμα 53: Απεικόνιση των τεσσάρων ζωνών πηγής σεισμικών σεναρίων κατά την ανάλυση Σχήμα 54: Εισαγωγή μίας σεισμικής ζώνης και καθορισμός των γεωγραφικών χαρακτηριστικών και των γνωστών ρηγμάτων σε αυτή Σχήμα 55: Σύγκριση συντελεστών ενίσχυσης φασμάτων επιτάχυνσης για α) EC08 και β) NEHRP κανονικοποιημένα ως προς το βραχώδες υπόβαθρο Σχήμα 56: Σύγκριση συντελεστών ενίσχυσης φασμάτων επιτάχυνσης για EC08alt α) για τύπο φάσματος 2 (Μ<5.5) και β) για τύπο φάσματος 1 (Μ>5.5) κανονικοποιημένα ως προς το βραχώδες υπόβαθρο Σχήμα 57: Εισαγωγή κανονιστικής διάταξης στην ανάλυση για τη λήψη συντελεστών ενίσχυσης εδαφικών σχηματισμών Σχήμα 58: Εισαγωγή των συντεταγμένων για τον γεωγραφικό καθορισμό των στοιχείων του λιμένα Αποστόλου Ευθύμιος 8

9 Σχήμα 59: Γεωγραφική απεικόνιση των κρηπιδότοιχων του λιμένα Θεσσαλονίκης, των γερανών και του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτούς (υποσταθμοί διανομής και γραμμές) Σχήμα 60: Επιλογή καμπύλης τρωτότητας και τρόπου ορισμού λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 61: Επιλογή παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας για την περίπτωση των παράκτιων έργων του λιμένα Σχήμα 62: Εισαγωγή δεδομένων για τα στοιχεία του δικτύου ηλεκτροδότησης του λιμένα 121 Σχήμα 63: Εισαγωγή δεδομένων για τα στοιχεία του οδικού δικτύου εντός του λιμένα Σχήμα 64: Εισαγωγή δεδομένων για τις κτιριακές κατασκευές εντός του λιμένα Σχήμα 65: Επιλογή δεδομένων για την περίπτωση του οδικού δικτύου εκτός του λιμένα Σχήμα 66: Επιλογή της μεθόδου ανάλυσης (MC) και του αριθμού των βημάτων (8000) Σχήμα 67: Καθορισμός της σχέσης εξασθένισης (AkkarBommer), της κύριας παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας (PGA) και της κανονιστικής διάταξης (EC08) Σχήμα 68: Επιλογή καμπύλης τρωτότητας (Ichii(2003)-fragility2) και τύπου λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα (functionality1). Επιλογή ανάλυσης με την επιρροή του δικτύου ηλεκτροδότησης και παράλληλη μη θεώρηση του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων εντός του λιμένα Σχήμα 69: Επιλογή παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας για την περίπτωση των παράκτιων λιμενικών έργων (PGA- περίπτωση καμπυλών τρωτότητας Ichii(2003)) Σχήμα 70: Εισαγωγή δεδομένων για τα στοιχεία του δικτύου ηλεκτροδότησης του λιμένα 127 Σχήμα 71: Διάγραμμα συνολικού φορτίου ανά ημέρα σε τόνους TCaH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Σχήμα 72: Διάγραμμα συνολικού αριθμού των εμπορευματοκιβωτίων ανά ημέρα σε τόνους TCoH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Σχήμα 73: Κανονικοποιημένο διάγραμμα MAF_TCaH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Σχήμα 74: Κανονικοποιημένο διάγραμμα MAF_TCoH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Σχήμα 75: Απεικόνιση της πηγής του επιλεγμένου σεισμικού σεναρίου (Μ = 6.4) Σχήμα 76: Απεικόνιση των στοιχείων του λιμένα Θεσσαλονίκης για το επιλεγμένο σεισμικό σενάριο. Δεν παρατηρούνται βλάβες στα στοιχεία του λιμανιού Σχήμα 77: Χάρτης μεταβολής της παραμέτρου PGA στην περιοχή του λιμένα Θεσσαλονίκης και μέγιστη και ελάχιστη τιμή της PGA Σχήμα 78: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH και MAF_TCaM για την περίπτωση ανάλυσης MC συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Αποστόλου Ευθύμιος 9

10 Σχήμα 79: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH και MAF_TCoM για την περίπτωση ανάλυσης MC συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Σχήμα 80: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH και TCaM για την περίπτωση ανάλυσης MC συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Σχήμα 81: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH και TCoM για την περίπτωση ανάλυσης MC συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Σχήμα 82: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH και MAF_TCaM για την περίπτωση ανάλυσης ISS συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Σχήμα 83: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH και MAF_TCoM για την περίπτωση ανάλυσης ISS συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Σχήμα 84: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH και TCaM για την περίπτωση ανάλυσης ISS συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Σχήμα 85: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH και TCoM για την περίπτωση ανάλυσης ISS συμπεριλαμβανομένου του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων Σχήμα 86: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH για την περίπτωση ανάλυσης ISS με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 87: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH για την περίπτωση ανάλυσης ISS με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 88: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH για την περίπτωση ανάλυσης ISS με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 89: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH για την περίπτωση ανάλυσης ISS με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 90: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH για την περίπτωση ανάλυσης MC με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 91: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH για την περίπτωση ανάλυσης MC με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 92: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH για την περίπτωση ανάλυσης MC με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 93: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH για την περίπτωση ανάλυσης MC με και χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 94: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH για την περίπτωση ανάλυσης MC και ISS χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 95: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH για την περίπτωση ανάλυσης MC και ISS χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 96: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH για την περίπτωση ανάλυσης MC και ISS χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Αποστόλου Ευθύμιος 10

11 Σχήμα 97: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH για την περίπτωση ανάλυσης MC και ISS χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 98: Διάγραμμα MAF_TCaH για την περίπτωση ανάλυσης MC χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 99: Διάγραμμα MAF_TCoH για την περίπτωση ανάλυσης MC χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 100: Διάγραμμα TCaH για την περίπτωση ανάλυσης MC χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 101: Διάγραμμα TCoH για την περίπτωση ανάλυσης MC χωρίς οδικό δίκτυο και κτιριακές κατασκευές Σχήμα 102: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH των τριών περιπτώσεων λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 103: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH των τριών περιπτώσεων λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 104: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH των τριών περιπτώσεων λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 105: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH των τριών περιπτώσεων λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 106: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH των δύο περιπτώσεων καμπυλών τρωτότητας των κρηπιδότοιχων του λιμένα Σχήμα 107: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH των δύο περιπτώσεων τρωτότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 108: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH των δύο περιπτώσεων τρωτότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 109: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH των δύο περιπτώσεων τρωτότητας των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 110: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCaH των τριών περιπτώσεων κανονιστικών διατάξεων Σχήμα 111: Σύγκριση διαγραμμάτων MAF_TCoH των τριών περιπτώσεων κανονιστικών διατάξεων Σχήμα 112: Σύγκριση διαγραμμάτων TCaH των τριών περιπτώσεων κανονιστικών διατάξεων Σχήμα 113: Σύγκριση διαγραμμάτων TCoH των τριών περιπτώσεων κανονιστικών διατάξεων Σχήμα 114: Διάγραμμα SCL για την περίπτωση οδικού δικτύου εκτός του λιμένα Σχήμα 115: Διάγραμμα WCL για την περίπτωση οδικού δικτύου εκτός του λιμένα Σχήμα 116: Διάγραμμα MAF_SCL για την περίπτωση οδικού δικτύου εκτός του λιμένα. 158 Σχήμα 117: Διάγραμμα MAF_WCL για την περίπτωση οδικού δικτύου εκτός του λιμένα 159 Αποστόλου Ευθύμιος 11

12 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1: Βασικές κατηγορίες κρηπιδότοιχων Πίνακας 2: Κατηγορίες συστημάτων γερανών Πίνακας 3: Πιθανές μορφές αστοχίας κρηπιδότοιχων Πίνακας 4: Χρήση κτιριακών εγκαταστάσεων λιμένα Θεσσαλονίκης Πίνακας 5: Τυπολογικές κατηγορίες κτιρίων Πίνακας 6: Τυπολογικές κατηγορίες γεφυρών Ο/Σ Πίνακας 7: Στοιχεία γέφυρας σύνδεσης έκτης προβλήτας λιμένα με την Ε.Ο. Θεσσαλονίκης- Κατερίνης Πίνακας 8: Στοιχεία Α/Κ κλάδου 3 (Καβάλα-Θεσσαλονίκη) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής Πίνακας 9: Στοιχεία Α/Κ κλάδου 1 (Αθήνα-Καβάλα) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής Πίνακας 10: Ορισμός επιπέδου βλάβης για κτίρια Ο/Σ Πίνακας 11: Μεθοδολογίες για την αποτίμηση σεισμικής τρωτότητας των παράκτιων λιμενικών έργων Πίνακας 12: Εμπειρικές και αριθμητικές σχέσεις τρωτότητας για το δίκτυο ηλεκτροδότησης Πίνακας 13: Ταξινόμηση κτιρίων κατά ATC (1985) Πίνακας 14: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (NIBS2004) Πίνακας 15: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (NIBS2004) Πίνακας 16: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (Kakderi and Pitilakis 2010) Πίνακας 17: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (Kakderi and Pitilakis 2010) Πίνακας 18: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κρηπιδότοιχους βαρύτητας (Ichii 2003) Πίνακας 19: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (για W/H=0,9, D 1 /H =1, N SPT = 10 - Ichii 2003) Πίνακας 20: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης-γερανούς (NIBS2004) Πίνακας 21: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης-γερανούς (NIBS2004) Πίνακας 22: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για ανοιχτούς υποσταθμούς υψηλής-υπερυψηλής τάσης (SMR-LIFE ) Πίνακας 23: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κλειστούς υποσταθμούς υψηλής-υπερυψηλής τάσης (SMR-LIFE ) Αποστόλου Ευθύμιος 12

13 Πίνακας 24: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για υποσταθμούς μεταφοράς υψηλήςυπερυψηλής τάσης (SMR-LIFE ) Πίνακας 25: Περιγραφή επιπέδων βλάβης υποσταθμούς διανομής (NIBS2004) Πίνακας 26: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας υποσταθμούς διανομής (NIBS2004) Πίνακας 27: Περιγραφή επιπέδων βλάβης οδοστρωμάτων (NIBS2004) Πίνακας 28: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας οδοστρωμάτων (NIBS2004) Πίνακας 29: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για γέφυρες Ο/Σ (SMR-LIFE) Πίνακας 30: Παράμετροι καμπυλών τρωτότητας για γέφυρες Ο/Σ (Basöz and Mander 1999) Πίνακας 31: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κτίρια Ο/Σ (Κάππος 2006) Πίνακας 32: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κτίρια φέρουσας τοιχοποιίας (Κάππος 2006) 94 Πίνακας 33: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κτίρια δομικού χάλυβα (NIBS2004) Πίνακας 34: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για μεταλλικές κατασκευές με άοπλη τοιχοποιία μικρού ύψους (1-2 όροφοι) (NIBS2004) Πίνακας 35: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κατασκευές από άοπλη τοιχοποιία μεγάλου ύψους (3 όροφοι και άνω) (Κάππος 2006) Πίνακας 36: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) Πίνακας 37: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μεσαίου ύψους (4-7 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) Πίνακας 38: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για δίδυμο σύστημα κατασκευών από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) Πίνακας 39: Κατηγοριοποίηση των τύπων του εδάφους βάσει Ευρωκώδικα Πίνακας 40: Κατηγοριοποίηση των τύπων του εδάφους βάσει NEHRP (FEMA450) 111 Πίνακας 41: Κατηγοριοποίηση των τύπων του εδάφους βάσει EC08alt Πίνακας 42: Σύγκριση των τιμών των συντελεστών ενίσχυσης EC08alt, EC08 και NEHRP Πίνακας 43: Ποσοστά λειτουργικότητας(%) των επιμέρους συνιστωσών για κάθε επίπεδο βλάβης (περίπτωση Functionality 1) Πίνακας 44: Ποσοστά λειτουργικότητας(%) των επιμέρους συνιστωσών για κάθε επίπεδο βλάβης (περίπτωση Functionality 2) Πίνακας 45: Ποσοστά λειτουργικότητας(%) των επιμέρους συνιστωσών για κάθε επίπεδο βλάβης (περίπτωση Functionality 3) Πίνακας 45: Στοιχεία αναλύσεων και συντομογραφία τους Πίνακας 46: Μέση ποσοστιαία μείωση των δεικτών PI για κάθε περίπτωση ανάλυσης(%) 134 Αποστόλου Ευθύμιος 13

14 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η συστημική αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης του Λιμένα Θεσσαλονίκης, μέσω εφαρμογής των υπολογιστικών εργαλείων που αναπτύσσονται στο ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα SYNER-G. Το πρόγραμμα στοχεύει στην ανάπτυξη και εφαρμογή μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας και λογισμικού αποτίμησης της σεισμικής τρωτότητας και διακινδύνευσης κτιρίων, δικτύων και υποδομών στο επίπεδο μιας μεγάλης πόλης, λαμβάνοντας υπόψη τις αλληλοεπιδράσεις μεταξύ τους. Ο κώδικας ανάλυσης της σεισμικής διακινδύνευσης είναι σε περιβάλλον Mat Lab, ενώ τα δεδομένα της σεισμικής επικινδυνότητας των λιμενικών εγκαταστάσεων και λοιπών υποδομών και δικτύων εισάγονται σε φύλλα εργασίας Excel. Αρχικά, παρατίθενται γενικές πληροφορίες για τα δίκτυα ζωής και για τις λιμενικές εγκαταστάσεις ειδικότερα. Αναφέρονται οι κατηγορίες τυπολογίας των επιμέρους συνιστωσών ενός λιμένα, οι κυριότερες βλάβες από παλαιότερους σεισμούς, οι αιτίες και οι μορφές αστοχίας λόγω σεισμικής φόρτισης καθώς και οι επιπτώσεις αυτών. Σε ξεχωριστό κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα στοιχεία του λιμένα της Θεσσαλονίκης που λήφθηκαν υπόψη στις αναλύσεις, και συγκεκριμένα στα παράκτια λιμενικά έργα, στον εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης, στο δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, στο οδικό δίκτυο και στις κτιριακές κατασκευές. Στη συνέχεια, γίνεται επισκόπηση των μεθόδων αποτίμησης της σεισμικής απόκρισης των λιμενικών εγκαταστάσεων και ορισμένων εκ των προαναφερθεισών συνιστωσών. Παράλληλα, παρουσιάζονται οι μέθοδοι εκτίμησης τρωτότητας που χρησιμοποιήθηκαν στις αναλύσεις για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης του λιμένα Θεσσαλονίκης. Συγκεκριμένα, παρατίθενται οι καμπύλες τρωτότητας που χρησιμοποιήθηκαν και λαμβάνουν υπόψη τα φαινόμενα της εδαφικής ταλάντωσης και της εδαφικής αστοχίας. Επίσης, γίνεται παρουσίαση του προγράμματος και των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν στις παραμετρικές αναλύσεις. Λαμβάνονται υπόψη οι εξής παράμετροι: οι καμπύλες τρωτότητας που χρησιμοποιούνται, οι επιλεγόμενες μέθοδοι ανάλυσης (Monte Carlo και Important Sampling), οι πηγές γένεσης σεισμικών σεναρίων, οι συντελεστές ενίσχυσης εδάφους βάσει κανονιστικής διάταξης για την εκτίμηση της επιρροής των τοπικών εδαφικών συνθηκών και οι περιπτώσεις λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα. Παράλληλα, αναλύονται οι δείκτες με τους οποίους γίνεται η πιθανοτική εκτίμηση της συνολικής απόδοσης του λιμένα. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων και πραγματοποιούνται συγκρίσεις μεταξύ τους για την εκτίμηση της επιρροής κάθε παραμέτρου στη συνολική απόδοση του λιμένα της Θεσσαλονίκης. Αποστόλου Ευθύμιος 14

15 ABSTRACT This master thesis focuses on the systemic evaluation of seismic hazard for the Port of Thessaloniki, by applying the tools developed in the current European research program SYNER-G. The latter aims to develop and implement an integrated methodology for assessing systemic seismic vulnerability and risk of buildings, networks and infrastructures in a city scale. This is accomplished by taking into account the interactions among the aforementioned elements. The code-based seismic hazard analysis is performed using Mat Lab software, while the seismic risk data for the port facilities, infrastructures and networks is imported in Excel spreadsheets. This thesis begins by providing general information about lifeline networks and particularly port facilities. Several categories of port sub-components types are mentioned, along with information about the main damage sustained during past earthquakes and the failure causes, forms and consequences of seismic loading. The components that were considered in this particular analysis for the Port of Thessaloniki are presented in a separate chapter. These are the waterfront structures, the cargo handling equipment, the electric supply network, the road network and the building facilities. An overview regarding seismic response evaluation methods is also provided, for both port facilities and some of the components mentioned separately. Moreover, the vulnerability assessment methods, which were implemented in evaluating the seismic hazard for Thessaloniki port, are presented. The overall program, along with the data used in the parameter based analysis is also presented. The considered parameters are the vulnerability curves that are used, the selected analysis methods (Monte Carlo and Important Sampling), the seismic hazard parameter, the sources of generating seismic scenarios, the soil amplification factors based on methodologies for assessing the influence of local soil conditions and the circumstances of port elements functionality. At the same time, the indices used in the probabilistic assessment of the overall port performance are analyzed. Last but not least, the analysis results are provided and several comparisons are performed in order to estimate the influence of each parameter on the overall performance of the Port of Thessaloniki. Αποστόλου Ευθύμιος 15

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι λιμενικές εγκαταστάσεις αποτελούν υποδομές ζωτικής σημασίας για την αστική και την ευρύτερη περιοχή στην οποία υπάγονται. Λόγω της σημασίας τους, αλλά και των βλαβών που έχουν σημειωθεί σε πρόσφατους σεισμούς με δυσμενείς βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες επιπτώσεις, έχουν προταθεί πολλές μεθοδολογίες αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης λιμένων και επιμέρους υποδομών. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, μελετάται η αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης για το λιμάνι της Θεσσαλονίκης, μέσω του τρέχοντος ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος SYNER-G. Σε φύλλα εργασίας Excel εισάγονται τα δεδομένα των στοιχείων του λιμένα και με χρήση κατάλληλα διαμορφωμένου κώδικα στο πρόγραμμα Mat Lab, εξετάζεται η επιρροή σημαντικών εισαχθέντων παραμέτρων στη συνολική απόδοση του λιμένα υπό σεισμικές συνθήκες. Η διατριβή περιλαμβάνει έξι κεφάλαια. Η διάρθρωση που ακολουθείται έχει ως εξής: Στο Δεύτερο Κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα δίκτυα ζωής και στις λιμενικές εγκαταστάσεις ειδικότερα. Γίνεται γενική περιγραφή των παραμέτρων που αποτελούν το λιμάνι και αναφέρονται οι βασικές κατηγορίες κατάταξής τους. Παράλληλα, παρουσιάζονται οι βασικότερες αιτίες και μορφές αστοχίας των λιμενικών εγκαταστάσεων από προηγούμενους σεισμούς. Στο Τρίτο Κεφάλαιο παρουσιάζονται οι εγκαταστάσεις που συναντώνται στο χώρο του λιμένα της Θεσσαλονίκης και που λαμβάνονται υπόψη στις αναλύσεις που θα ακολουθήσουν. Στο Τέταρτο Κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην παράμετρο της τρωτότητας στα λιμενικά έργα. Παράλληλα, γίνεται επισκόπηση των μεθόδων αποτίμησης της τρωτότητας των λιμενικών εγκαταστάσεων αλλά και των εξεταζόμενων συνιστωσών ξεχωριστά που συναντώνται στη διεθνή βιβλιογραφία. Τέλος, παρατίθενται οι μεθοδολογίες που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση για το λιμένα Θεσσαλονίκης και οι καμπύλες τρωτότητας που εφαρμόζονται για κάθε συνιστώσα. Στο Πέμπτο Κεφάλαιο παρατίθεται η μεθοδολογία συστημικής αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης που ακολουθείται για το λιμένα Θεσσαλονίκης, στο πλαίσιο του ευρωπαϊκού προγράμματος SYNER-G. Στη συνέχεια, γίνεται αναλυτική παρουσίαση των επιμέρους παραμέτρων ανάλυσης. Παράλληλα, γίνεται αναφορά στους δείκτες απόδοσης με τους οποίους γίνεται η πιθανοτική εκτίμηση της συνολικής απόδοσης του λιμένα. Τέλος, δίνεται ένα ενδεικτικό παράδειγμα μιας εκ των αναλύσεων που πραγματοποιούνται. Στο Έκτο Κεφάλαιο δίνονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων και γίνονται συγκρίσεις μεταξύ των εξαγόμενων διαγραμμάτων, καθώς και η επιρροή των παραμέτρων στη συνολική Αποστόλου Ευθύμιος 16

17 απόδοση του λιμένα. Επιπλέον, παρατίθενται τα χαρακτηριστικά κάθε ανάλυσης, συνοπτικά, σε πίνακα, ενώ παρουσιάζονται και τα συγκεντρωτικά συμπεράσματα της διπλωματικής εργασίας. Αποστόλου Ευθύμιος 17

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΔΙΚΤΥΑ ΖΩΗΣ (ΓΡΑΜΜΕΣ ΖΩΗΣ) 2.1 Ορισμός-Περιγραφή Δικτύων Τα δίκτυα ή γραμμές ζωής, ή διαφορετικά οι κρίσιμες εγκαταστάσεις μπορούν να οριστούν ως οι περιοχές, οι δομές και τα όργανα που, εάν εκτεθούν σε μια έκτακτη ανάγκη, μπορούν να επιδεινώσουν το πρόβλημα που προκαλείται, παρουσιάζοντας παράλληλα δευτεροβάθμιο πρόβλημα μεγαλύτερο από το αρχικό. Με άλλα λόγια, οι κρίσιμες εγκαταστάσεις είναι εκείνες που είναι απαραίτητες για την συνέχιση της εύρυθμης λειτουργίας μιας κοινωνίας μετά από κάποιο φυσικό κίνδυνο. Χαρακτηριστικά παραδείγματα κρίσιμων εγκαταστάσεων αποτελούν δίκτυα μεταφοράς, τηλεπικοινωνίες, παροχής ενέργειας, κέντρα ιατρικής περίθαλψης, σημαντικές βιομηχανικές/εμπορικές, και άλλες σχετικές εγκαταστάσεις και υπηρεσίες που είναι απαραίτητες για την ευημερία μιας κοινότητας. Σε όρους πολιτικού μηχανικού, τα δίκτυα αυτά αποτελούνται από τα κύρια τεχνικά έργα και κτιριακές εγκαταστάσεις μεγάλης σπουδαιότητας, ενώ ο μεγαλύτερος φυσικός κίνδυνος από τον οποίο απειλούνται είναι συνήθως η σεισμική διέγερση ή και άλλα φυσικά γεγονότα (π.χ. tsunamis). Αναλυτικά τα δίκτυα ζωής περιλαμβάνουν τις εξής βασικές κατηγορίες: Συστήματα παροχής νερού: Περιλαμβάνει τα δίκτυα ύδρευσης πόσιμου νερού και παροχής νερού στους οικιακούς καταναλωτές καθώς και ύδρευσης βιομηχανιών για την ψύξη των μηχανικών εγκαταστάσεων, τις αστικές αντιπλημμυρικές υποδομές και γενικά τις μεγάλες υποδομές διαχείρισης υδάτων. Συστήματα παροχής ενέργειας: Συστήματα και σχετικές εγκαταστάσεις απαραίτητες για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας, πετρελαίου, φυσικού αερίου κτλ. Επεξεργασία απορριμμάτων & αποβλήτων, κ.λπ. που περιλαμβάνει τις υποδομές διαχείρισης λυμάτων και τις εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων μιας αστικής περιοχής. Συστήματα μεταφορών: Περιλαμβάνονται το δίκτυο δρόμων και εθνικών οδών, οι σήραγγες, γέφυρες και ανισόπεδοι κόμβοι, οι σιδηροδρομικές υποδομές και σταθμοί, οι αερολιμένες και σχετικές υποδομές (διάδρομοι, εγκαταστάσεις ελέγχου κυκλοφορίας κτλ.) το μετρό, τραμ και συναφείς υποδομές.. Στην κατηγορία αυτή εντάσσονται και οι λιμένες των παραθαλάσσιων περιοχών και οι σχετικές εγκαταστάσεις. Συστήματα τηλεπικοινωνιών: Περιλαμβάνουν τις εγκαταστάσεις και τα κυψελοειδή κέντρα τηλεπικοινωνιών, τους πύργους επικοινωνιών, τα καλώδια μετάδοσης, τα καλώδια οπτικών ινών και τις εγκαταστάσεις μετατροπής καθώς και τις εγκαταστάσεις μετάδοσης ψηφιακών στοιχείων και τις σχετικές εγκαταστάσεις. Αποστόλου Ευθύμιος 18

19 Τα κέντρα ιατρικής περίθαλψης: Περιλαμβάνουν τα νοσοκομεία, τις κλινικές και λοιπές εγκαταστάσεις περίθαλψης. Τα σώματα ασφαλείας και στρατού: Περιλαμβάνουν τις υπηρεσίες πυρόσβεσης και διάσωσης, τα αστυνομικά τμήματα, τις στρατιωτικές εγκαταστάσεις και υποδομές. Τα καταφύγια έκτακτης ανάγκης προς χρήση από το κοινό για λόγους εκκένωσης, συμπεριλαμβανομένων των δημόσιων σχολικών κτιρίων καθώς και κτίρια για την διαχείριση κρίσεων (πχ υπηρεσίες πολιτικής προστασίας περιφέρειας, δήμων). Τα κέντρα δεδομένων: Περιλαμβάνονται οι εγκαταστάσεις και η παροχή συστημάτων Διαδικτύου και οι εγκαταστάσεις για την αποθήκευση των κρίσιμων πληροφοριών για την ομαλή λειτουργία μιας κοινωνίας. Το δίκτυο πυρόσβεσης: Περιλαμβάνει τις κτιριακές εγκαταστάσεις και λοιπές συνιστώσες του δικτύου πυρόσβεσης (αγωγούς, δεξαμενές, αντλιοστάσια, κρουνοί κτλ). Σημαντικές βιομηχανικές/εμπορικές εγκαταστάσεις, κρίσιμες για την αποκατάσταση και την τρέχουσα ανάπτυξη μιας κοινότητας όπως για παράδειγμα σχετικές με επεξεργασία τροφίμων και αμυντική βιομηχανία. [9], [19] Τέλος, κτίρια μεγάλης σπουδαιότητας τα οποία κρίνεται σκόπιμη η διατήρησή τους και μετά από μια φυσική καταστροφή είναι τα κτίρια πολιτιστικής κληρονομιάς. Αποτελούν τα κτίρια και τις εγκαταστάσεις που δεν είναι απαραίτητα για την αποκατάσταση της κοινωνίας και των θυμάτων μετά από μια φυσική καταστροφή, επομένως δεν αποτελούν γραμμές ζωής, ωστόσο αποτελούν ή περιέχουν έργα μεγάλης πολιτιστικής ή ιστορικής αξίας, όπως μουσεία ή κτίρια φύλαξης έργων τέχνης. Στα δίκτυα ζωής μπορούν επίσης να συμπεριληφθούν και οι εγκαταστάσεις που χαρακτηρίζονται ως υψηλού κινδύνου κατά την αποκατάσταση μιας κοινότητας. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα μεγάλα σχολεία, οι αίθουσες συνεδριάσεων, οι μεγάλες πολιτιστικές εγκαταστάσεις και δημόσιες υπηρεσίες, άλλες εγκαταστάσεις υγειονομικής περίθαλψης που απαριθμούνται και παραπάνω, καθώς και οι φυλακές και οι εγκαταστάσεις κράτησης. Παράλληλα, συμπεριλαμβάνονται και εγκαταστάσεις που περιέχουν επικίνδυνα, τοξικά ή εκρηκτικά υλικά και οι εγκαταστάσεις που σχετίζονται με επικίνδυνες διεργασίες, όπως τα εργοστάσια χημικής βιομηχανίας. [19] Τα δίκτυα αποτελούνται από γραμμικά (π.χ. οδοί, αγωγοί) και σημειακά (π.χ. δεξαμενές, υποσταθμοί, τερματικοί σταθμοί) στοιχεία, ενώ εκτείνονται σε μεγάλη περιοχή. Το κάθε δίκτυο/σύστημα αποτελείται από μια σειρά συνιστωσών διαφορετικής τυπολογίας. Για παράδειγμα ένα δίκτυο ύδρευσης περιλαμβάνει πηγές υδροληψίας, κανάλια, αγωγούς μεταφοράς και διανομής, δεξαμενές, υδατόπυργους, αντλιοστάσια, εγκαταστάσεις Αποστόλου Ευθύμιος 19

20 διαχείρισης. 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. Παράλληλα, τα δίκτυα δεν είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους, καθώς πολλές συνιστώσες από τις οποίες αποτελούνται συνδέονται άμεσα μεταξύ τους. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι οι αντλίες που συναντώνται στο δίκτυο ύδρευσης, οι οποίες απαιτούν την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος για την λειτουργίας τους. Επομένως, υπάρχει άμεση εξάρτηση του δικτύου ύδρευσης με το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. 2.2 Βλάβες σε δίκτυα-γραμμές ζωής Οι γραμμές ζωής και τα δίκτυα κοινής ωφέλειας αποτελούν βασικότατο πεδίο για τον πολιτικό μηχανικό, καθώς πρόκειται για έργα και υποδομές που πρέπει να λειτουργούν υπό τον σεισμό σχεδιασμού με τις λιγότερες δυνατές βλάβες. Παράλληλα, απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή κατά τη μελέτη και την κατασκευή καθώς, λόγω της έκτασης και της σημασίας τους, είναι ιδιαίτερα ευάλωτα στα φυσικά φαινόμενα, και ιδίως στο σεισμό. Η εμπειρία από παλαιότερους καταστροφικούς σεισμούς ανέδειξε 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. Παρακάτω δίνονται χαρακτηριστικά παραδείγματα βλαβών σε δίκτυα κοινής ωφέλειας. Σχήμα 1α: Θαμμένες σωληνώσεις υπό σεισμική διέγερση. Όλκιμοι παραμορφωμένοι σωλήνες σιδήρου λόγω των μεγάλων εδαφικών παραμορφώσεων (αριστερά) και ψαθυρή αστοχία σωλήνων χυτοσιδήρου (δεξιά) Σεισμός Kobe, 1995 [9] Αποστόλου Ευθύμιος 20

21 Σχήμα 1β: Διακόπτης ισχύος που ανατράπηκε κατά την διάρκεια του σεισμού της Loma Prieta στις ΗΠΑ το 1989 [36]. Σχήμα 2γ: Χάρτης ένδειξης των υπόγειων μέσων μαζικής μεταφοράς και υπόδειξη των υποσταθμών με βλάβες λόγω σεισμού Kobe,1995 Σχήμα 3δ: Κεραμικοί μονωτήρες που υπέστησαν βλάβη κατά την διάρκεια του σεισμού του Kobe στην Ιαπωνία το Αποστόλου Ευθύμιος 21

22 Σχήμα 4ε: Βλάβη σε οδικό δίκτυο μετά από σεισμική δόνηση Σχήμα 5στ: Σεισμός Θεσσαλονίκης, Αποκλεισμός οδών λόγω κατάρρευσης κτιρίων. Χαρακτηριστική περίπτωση εμφάνισης βλαβών σε δίκτυο κοινής ωφέλειας αποτελεί το σύστημα ύδρευσης κατά τον σεισμό του Kobe,1995, καθώς και η επιρροή που είχε στα υπόλοιπα δίκτυα. [9] Η αποκατάσταση του δικτύου θεωρήθηκε έργο μείζονος σημασίας, καθώς οι βλάβες ήταν αρκετά εκτεταμένες. Συγκεκριμένα, οι σεισμικές βλάβες προκάλεσαν αναστάτωση σε 1,2 εκατομμύρια πελάτες στην παροχή νερού, 0,85 εκατομμύρια στον εφοδιασμό υγραερίου, και 2,6 εκατομμύρια στην παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Κατά προσέγγιση, ο αριθμός αστοχιών των αγωγών του δικτύου παροχής νερού ήταν για τους κεντρικούς αγωγούς διανομής και για τις σωληνώσεις δευτερευόντων δικτύων. Παράλληλα, οι περισσότερες από τις διαρροές στο σύστημα παροχής φυσικού αερίου παρατηρήθηκαν στις χαμηλής πιέσεως σωληνώσεις, με αστοχίες στους κεντρικούς αγωγούς διανομής και στην εσωτερική διοχέτευση. Παράλληλα, οι αλληλεπιδράσεις Αποστόλου Ευθύμιος 22

23 μεταξύ των δικτύων κοινής ωφέλειας έπαιξαν καθοριστικό ρόλο σε μια σειρά αλυσιδωτών καταστροφών κατά τη διάρκεια του σεισμού, τόσο φυσικές όσο και λειτουργικές. Η λειτουργική αποκατάσταση μετά τον σεισμό του Kobe (1995), ολοκληρώθηκε μετά από μεγάλη χρονική περίοδο. Λόγω της σοβαρής ζημιάς, όπως περιγράφεται προηγουμένως, οι εργασίες αποκατάστασης για την κοινωνική υποδομή απαίτησαν άμεσες αποφάσεις και οργανωτικά μέτρα. Εκτός από τις δραστηριότητες από τους φορείς διαχείρισης των δικτύων κοινής ωφέλειας και τους άμεσα υπεύθυνους για τις αστοχίες στα συστήματα, οι ομάδες αποκατάστασης οργανώθηκαν σε εθνικό επίπεδο βάσει κυβερνητικής εντολής. Σημειώνεται ότι η λειτουργική αποκατάσταση για τον σεισμό του Kobe χρειάστηκε μακροχρόνιες διαδικασίες, και συγκεκριμένα 82 ημέρες για την παροχή νερού, 85 ημέρες για την παροχή φυσικού αερίου, 7 ημέρες για την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, 20 μήνες για τις γέφυρες εθνικών οδών, και 6 μήνες για τις σημαντικές γραμμές σιδηροδρόμων. Ενδεικτικά στο σχήμα 2 απεικονίζεται διαγραμματικά ο μεγάλος χρόνος αποκατάστασης του συστήματος ύδρευσης μετά το σεισμό του Kobe, συγκρινόμενος με αντίστοιχους χρόνους μετά από σεισμικά γεγονότα σε άλλα μεγάλα αστικά κέντρα. Σχήμα 2: Λειτουργική αποκατάσταση των συστημάτων παροχής νερού σε σημαντικούς αστικούς σεισμούς[9] Αποστόλου Ευθύμιος 23

24 2.3 Μεθοδολογίες αποτίμησης σεισμικής διακινδύνευσης Ο σκοπός της αποτίμησης είναι να εκτιμηθεί ο βαθμός βλάβης που θα υποστεί μια συνιστώσα του δικτύου ή οι απώλειες λειτουργικότητας 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. 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. Στο πλαίσιο προσπάθειας αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης, έχουν προταθεί διάφορες μεθοδολογίες, ενώ παράλληλα έχουν χρηματοδοτηθεί και ερευνητικά προγράμματα για την βελτίωση τους, ώστε να προκύψει τελικά μια ολοκληρωμένη μέθοδος αποτίμησης της σεισμικής τρωτότητας και διακινδύνευσης έργων πολιτικού μηχανικού. Ένα ανάλογο πρόγραμμα αποτελεί το τρέχον ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα SYNER-G ( Το πρόγραμμα αυτό στοχεύει στην ανάπτυξη και εφαρμογή μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας αποτίμησης της σεισμικής τρωτότητας και διακινδύνευσης κτιρίων, δικτύων και υποδομών στο επίπεδο μιας μεγάλης πόλης, λαμβάνοντας υπόψη τις αλληλοεπιδράσεις μεταξύ τους. Πρόκειται για ένα καινοτόμο έργο στο οποίο συμμετέχουν διεθνώς αναγνωρισμένες ερευνητικές ομάδες από την Ευρώπη, τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία [11]. Αναλυτικά, οι στόχοι του προγράμματος θα αναπτυχθούν σε επόμενο κεφάλαιο. Σημειώνεται πως η πόλη της Θεσσαλονίκης αποτελεί μια από τις περιοχές όπου θα εφαρμοστούν και ελεγχθούν οι μέθοδοι και εργαλεία που αναπτύσσονται στο SYNER-G. Συγκεκριμένα η Αποστόλου Ευθύμιος 24

25 παρούσα διπλωματική αναλύει την εφαρμογή των μεθόδων και τα αποτελέσματα για το λιμάνι της Θεσσαλονίκης. Η μεθοδολογία του HAZUS (NIBS, 2004) που αναπτύχθηκε από τo National Institute of Building Sciences (NIBS) των ΗΠΑ υπό την εποπτεία του Federal Emergency Management Agency (FEMA) [30] αποτελεί μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης κτιρίων, δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδομών, ενώ έχει ενσωματωθεί και στο αντίστοιχο λογισμικό το οποίο είναι δομημένο σε περιβάλλον GIS. Εκτός από την αποτίμηση των άμεσων δομικών βλαβών κτιρίων και δικτύων γίνεται εκτίμηση και των άμεσων οικονομικών απωλειών. Παράλληλα, παρέχει τη δυνατότητα περιορισμού των εξαγόμενων αποτελεσμάτων σε αυτά που απαιτούνται. Για παράδειγμα, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να αγνοήσει τις φυσικές απώλειες από ένα σεισμικό γεγονός αν το επιθυμεί, και να περιοριστεί στις άμεσες οικονομικές ή και κοινωνικές. Τέλος, η μεθοδολογία εξάγει ικανοποιητικά αποτελέσματα, ακόμα και σε περιπτώσεις περιορισμένης εισαγωγής δεδομένων. Δεν πρέπει, ωστόσο, να αγνοείται το γεγονός ότι η αβεβαιότητα της αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης αυξάνεται σε τέτοιες περιπτώσεις έλλειψης επαρκών δεδομένων. Μειονέκτημα της μεθόδου αποτελεί το γεγονός ότι δεν συνυπολογίζονται οι έμμεσες επιπτώσεις από μια φυσική καταστροφή καθώς και η εξυπηρετικότητα των δικτύων.[20] Τέλος, στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος SRMLIFE (ΓΓΕΤ, ) αναπτύχθηκε μια πολυεπίπεδη μεθοδολογία για την εκτίμηση και διαχείριση της σεισμικής διακινδύνευσης των δικτύων κοινής ωφέλειας και υποδομών εντός αστικών συγκροτημάτων μέσω της λογικής ανάπτυξης σεισμικών σεναρίων. Ο προσδιορισμός των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών και της τυπολογίας των εκτιθέμενων σε σεισμικό κίνδυνο στοιχείων, η εκτίμηση της σεισμικής επικινδυνότητας και η ανάπτυξη σεισμικών σεναρίων σε μικροζωνική κλίμακα, καθώς και η αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας και της σπουδαιότητας των επιμέρους συνιστωσών του κάθε δικτύου, αποτελούν τα βασικά βήματα της μεθοδολογίας αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης.[21] Κατά τη λήψη και τον προσδιορισμό προληπτικών μέτρων για την μείωση ή αποφυγή βλαβών στα δίκτυα ζωής, μέσω μελετών σεισμικής διακινδύνευσης, χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο- οι 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 (σχήμα 3). Οι καμπύλες αυτές δίνουν μια σαφή απεικόνιση της σχέσης «σεισμική διέγερση και βλάβη» που αντιστοιχούν σε μια συνάρτηση κατανομής (πχ λογαριθμική). Περαιτέρω στοιχεία για καμπύλες τρωτότητας δίνονται στο κεφάλαιο 4. Αποστόλου Ευθύμιος 25

26 Επίσης, για τη μελέτη αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης, πρέπει να λαμβάνεται υπόψη, εκτός από την τρωτότητα κάθε επιμέρους δικτύου, και η επιρροή που έχει το κάθε δίκτυο ζωής στα υπόλοιπα δίκτυα (σχήμα 4). Για αυτό, άλλωστε, κάθε δίκτυο δεν πρέπει να λογίζεται ως μεμονωμένο έργο, αλλά να λαμβάνονται υπόψη και οι συνέργειες με άλλες υποδομές και συστήματα. Σχήμα 3: Καμπύλη τρωτότητας. Απεικόνιση της σχέσης «σεισμική διέγερση και βλάβη» Σχήμα 4: Συσχετισμός δικτύων ζωής (σύστημα παροχής νερού-σύστημα ενεργειακού εφοδιασμού) Αποστόλου Ευθύμιος 26

27 2.4 Το Λιμάνι και οι Λιμενικές Εγκαταστάσεις ως Δίκτυο Ζωής Σε κάθε παραθαλάσσια πόλη, όπως και στην πόλη της Θεσσαλονίκης, οι λιμενικές εγκαταστάσεις αποτελούν έργο μείζονος σημασίας για την βιώσιμη ανάπτυξη τόσο της αστικής, όσο και της ευρύτερης περιοχής. Παράλληλα, διαδραματίζουν σημαντικότατο ρόλο στην οικονομική και στην πολιτιστική ανάπτυξη κάθε χώρας. Στον ελλαδικό χώρο μάλιστα, τέτοιου είδους εγκαταστάσεις θεωρούνται ιδιαίτερα σημαντικές. Σχήμα 5: Ο λιμένας Θεσσαλονίκης Ως λιμένες ορίζονται τα δίκτυα ή συστήματα που έχουν ως βασική λειτουργία τη μεταφορά ανθρώπων και εμπορευμάτων διά θαλάσσης. Οι λιμένες περιλαμβάνουν ποικίλες εγκαταστάσεις και υποδομές συνυφασμένες με την κίνηση των επιβατών, τον χειρισμό και την αποθήκευση των εμπορευμάτων, την σιδηροδρομική και οδική μεταφορά επιβατών και φορτίων, τις τηλεπικοινωνίες και λοιπά δίκτυα κοινής ωφέλειας, τη διαχείριση, πλοήγηση, συντήρηση, διοίκηση, καθώς και άλλες λειτουργίες υποστήριξης. Συνοπτικά, στο παρακάτω διάγραμμα απεικονίζονται οι συνιστώσες των λιμενικών εγκαταστάσεων. [1] Σημειώνεται ότι οι συνιστώσες των λιμενικών εγκαταστάσεων συνδέονται άμεσα ή έμμεσα μεταξύ τους. Η συνολική απόδοση του συστήματος εξαρτάται από την απόκριση των επιμέρους συνιστωσών και τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Για παράδειγμα, ο εξοπλισμός φορτοεκφόρτωσης, που παίζει σημαντικό ρόλο στην απόδοση του λιμένα, εξαρτάται άμεσα από το δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, που είναι απαραίτητη για την λειτουργία τους. Επιπλέον, σχετίζεται και με το δίκτυο ύδρευσης, το οποίο απαιτείται για την ψύξη του εξοπλισμού. Αποστόλου Ευθύμιος 27

28 Σχήμα 6: Συνιστώσες των λιμενικών εγκαταστάσεων 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 (Σχήμα 7)[2]. Στην πρώτη κατηγορία εντάσσονται οι βραχίονες, οι μόλοι, οι γέφυρες και οι υποβρύχιοι αγωγοί ενώ τα παράλληλα τεχνικά έργα αποτελούν οι κυματοθραύστες και οι τοίχοι. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι κρηπιδότοιχοι και οι τοίχοι βαρύτητας, και γενικά οι τοίχοι προστασίας ακτών. 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. (Πίνακας 1) [3] Αποστόλου Ευθύμιος 28

29 Πίνακας 1: Βασικές κατηγορίες κρηπιδότοιχων [3] Κατακόρυφου Τύπου 1 Βαρύτητας - Ογκόλιθοι από σκυρόδεμα 2 Βαρύτητας - Κιβώτια 3 Πασσαλοφράγματα 4 Πασσαλοσανίδες 5 Πασσαλοσανίδες με ανακουφιστική πλάκα Ανοιχτού Τύπου 6 Ανοιχτού τύπου επί πασσάλων 7 Επί πασσάλων με ανακουφιστική πλάκα Αποστόλου Ευθύμιος 29

30 Σχήμα 7: Τυπικές κατηγορίες παράκτιων λιμενικών έργων. Σημειώνεται ότι στο λιμένα Θεσσαλονίκης κυριαρχούν οι κρηπιδότοιχοι βαρύτητας [3] Αποστόλου Ευθύμιος 30

31 2.4.2 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 συστήματα και ο εξοπλισμός χειρισμού και αποθήκευσης φορτίου που συναντώνται γενικότερα στους λιμένες, μπορεί να είναι[4]: - 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). Πίνακας 2: Κατηγορίες συστημάτων γερανών [3] Βασικές Κατηγορίες Τυπολογίας 1 Σταθερός χωρίς αγκυρώσεις 2 Σταθερός με αγκυρώσεις 3 Κινούμενος σε ράγες χωρίς αγκυρώσεις 4 Κινούμενος σε ράγες με αγκυρώσεις Αποστόλου Ευθύμιος 31

32 Σχήμα 8: Ηλεκτροκίνητοι γερανοί λιμένα Θεσσαλονίκης Σχήμα 9: Γερανογέφυρες λιμένα Θεσσαλονίκης Αποστόλου Ευθύμιος 32

33 2.4.3 Υποδομές Λιμένα Κτιριακές Εγκαταστάσεις Οι κτιριακές εγκαταστάσεις στο λιμένα δύναται να είναι κτίρια ελέγχου κυκλοφορίας, επιβατικοί σταθμοί, κτίρια γραφείων και συντήρησης καθώς και υπόστεγα και αποθήκες εμπορευμάτων. Οι υποδομές αυτές στεγάζουν διάφορες λειτουργίες, όπως διοικητικές, λειτουργίες ασφάλειας, συντήρησης, αποθήκευσης και λοιπές διεργασίες. Τα υπόστεγα και οι αποθήκες εμπορευμάτων είναι κτίρια όπου τα αγαθά αποθηκεύονται πριν από τη χρήση, τη διανομή, ή την πώλησή τους. Μπορούν να είναι απομακρυσμένα από την ακτή, ή εγκατεστημένα στις αποβάθρες. Τα υπόστεγα και οι αποθήκες εμπορευμάτων γενικά έχουν χαμηλή κίνηση σε ανθρώπινο δυναμικό και περιέχουν ποικίλα φορτία που κυμαίνονται από πρώτες ύλες ως τελικά προϊόντα. Είναι συνήθως ανοιχτά μεταλλικά πλαίσια με στέγη πολύ μεγάλης έκτασης. Περιμετρικά, δύναται να έχουν τοιχία οπλισμένου σκυροδέματος για την ενίσχυσή τους. Τα κτίρια γραφείων στους λιμένες μπορούν να είναι από χάλυβα, ξυλεία, σκυρόδεμα ή από συνδυασμό υλικών. Παρουσιάζουν συνήθως μεγάλη συγκέντρωση ανθρώπινου δυναμικού και στεγάζουν συγκροτήματα ηλεκτρονικών υπολογιστών, τα κέντρα εντολής, και τις λειτουργίες διαχείρισης λιμένων, διοίκησης, εφαρμοσμένης μηχανικής και ασφάλειας. Μετά από έναν σεισμό, τα κτίρια γραφείων λιμένων μπορούν να περιέχουν τις εγκαταστάσεις για την περίπτωση έκτακτης ανάγκης, καθώς επίσης και υποστήριξη υπηρεσιών για τις ενέργειες αποκατάστασης. Τα κτίρια συντήρησης χρησιμοποιούνται για την επισκευή του εξοπλισμού ή την συντήρησή του. Οι εγκαταστάσεις συντήρησης δεν είναι συνήθως κρίσιμες για τη άμεση λειτουργία του λιμένα, καθώς οι δραστηριότητες συντήρησης μπορούν να αναβληθούν ή να εκτελεσθούν σε διαφορετικές εγκαταστάσεις. Γενικά, ως προς τα υλικά και το στατικό σύστημα, μοιάζουν με τους αποθηκευτικούς χώρους, αλλά με σημαντικά περισσότερη κίνηση, χρησιμότητα και μηχανικό εξοπλισμό. Μπορούν επίσης να στεγάσουν την αποθήκευση επικίνδυνων χημικών ουσιών καθώς και δεξαμενών πετρελαίου, που τροφοδοτούν τους πετρελαιοκίνητους γερανούς και τα μηχανοκίνητα συστήματα. Οι επιβατικοί σταθμοί στους λιμένες είναι συχνά περιοχές αναμονής επιβατών, που χρησιμεύουν ως σημείο πρόσβασης στα σκάφη. Από τη φύση τους, η κίνηση επιβατών στα συγκεκριμένα κτίρια ενδέχεται να είναι υψηλή. Η υψηλή αυτή κίνηση απαιτεί την ακριβή συμμόρφωση των κανονισμών για τη δομή, το σεισμό, την πυρκαγιά και την ασφαλή πρόσβαση ή την έξοδο. Οι επιβατικοί σταθμοί των λιμένων μπορούν να κατασκευαστούν από σκυρόδεμα ή χάλυβα. Αποστόλου Ευθύμιος 33

34 Τα κτίρια ελέγχου κυκλοφορίας είναι συνήθως κτιριακές κατασκευές με μικρή σε έκταση κάτοψη αλλά μεγάλου ύψους (τύπου πύργου ελέγχου), οι οποίες αποτελούνται από μεταλλικά πλαίσια με εξωτερική περιμετρική επένδυση. Τα ύψη αυτών των πύργων μπορούν να υπερβούν τα 30m, για αυτό το ίδιο βάρος τους πρέπει να παραμένει σχετικά μικρό. Τα ανώτερα επίπεδα των κτιρίων καταλαμβάνονται συνήθως από τα γραφεία ελέγχου παρατήρησης, καθώς και από σημαντικές λειτουργίες πλοήγησης και επικοινωνίας για την ορθή στάθμευση των πλοίων και των σκαφών. Οι πύργοι μπορούν επίσης να περιέχουν εξοπλισμό τηλεγράφησης και ραδιοεπικοινωνίας. Τέλος, οι λιμένες, οι οποίοι μετρούν ήδη ζωή κάποιων δεκαετιών, αποτελούνται και από παλαιότερα κτίρια είτε από τοιχοποιία, είτε από ελαφρά οπλισμένο (ή άοπλο) σκυρόδεμα, που κατασκευάστηκαν πριν από τις βελτιώσεις των κανονισμών ή ακόμα και χωρίς αντισεισμικό σχεδιασμό. Δεν ανήκουν άμεσα στις υποδομές του λιμένα και η χρήση τους πλέον είναι περιορισμένη. Έχουν χρησιμοποιηθεί για την αποθήκευση εμπορευμάτων, ως κτίρια γραφείων ή συντήρησης και ως επιβατικοί σταθμοί.[4] Δίκτυα παρεχόμενων υπηρεσιών Η ηλεκτροδότηση του λιμένα είναι απαραίτητη για τη λειτουργία των γερανών, των αντλιών, του φωτισμού της ευρύτερης περιοχής, του εξοπλισμού των γραφείων και των υπόλοιπων κτιρίων, καθώς και για τον ανεφοδιασμό του ηλεκτρικού εξοπλισμού στα σκάφη. Επιπλέον, απαιτείται και η ύπαρξη γεννητριών για την περίπτωση διακοπής παροχής ηλεκτρικού ρεύματος σε περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης. Γενικά, ένα δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας αποτελείται από το σύστημα παραγωγής, το σύστημα μεταφοράς και το σύστημα διανομής. Το σύστημα παραγωγής περιλαμβάνει τους σταθμούς παραγωγής, όπου παράγεται το ηλεκτρικό ρεύμα, μαζί με τους υποσταθμούς ανυψώσεως της τάσης για την μεταφορά του υπό υψηλή τάση. Το σύστημα μεταφοράς περιλαμβάνει τους σταθμούς μεταφοράς και τα δίκτυα των γραμμών υψηλής τάσης, τους υποσταθμούς ζεύξεως των δικτύων αυτών, τους υποσταθμούς μετασχηματισμού μεταξύ των διαφόρων τάσεων του δικτύου, και τους υποσταθμούς υποβιβασμού της τάσης σε μέση τάση προς τροφοδότηση των δικτύων διανομής. Με το σύστημα μεταφοράς η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται από τους σταθμούς παραγωγής προς τις περιοχές κατανάλωσης. Το σύστημα διανομής περιλαμβάνει τα δίκτυα διανομής μέσης και χαμηλής τάσης, στα οποία δίκτυα υπάγονται και οι υποσταθμοί διανομής μέσω των οποίων η μέση τάση υποβιβάζεται σε χαμηλή τάση. Με τα δίκτυα διανομής η ηλεκτρική ενέργεια διανέμεται στις μικρότερες περιοχές φορτίου και παρέχεται στους καταναλωτές μέσης και χαμηλής τάσης. [22] Το σύστημα παροχής πόσιμου νερού είναι απαραίτητο στους λιμένες για την κατανάλωση, την προετοιμασία τροφίμων, και την υγιεινή, και για να παρέχει έναν βοηθητικό Αποστόλου Ευθύμιος 34

35 ανεφοδιασμό στα σκάφη. Το νερό απαιτείται επίσης για την ψύξη του εξοπλισμού. Στην περίπτωση αυτή το νερό μπορεί να είναι και μη πόσιμο. Η επεξεργασία απορριμμάτων και αποβλήτων απαιτείται για υγειονομικούς λόγους για τις διαδικασίες καθαρισμού του εδάφους και των σκαφών του λιμένα. Ο επαρκής καθαρισμός της περιοχής είναι ζωτικής σημασίας για την υγιεινή της ευρύτερης περιοχής. Η παροχή φυσικού αερίου χρησιμοποιείται για τη θέρμανση των γραφείων και για την προετοιμασία τροφίμων. Η παροχή πετρελαίου και υγρών καυσίμων χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση των σταθερών και κινητών γεννητριών έκτακτης ανάγκης του λιμένα και για την τροφοδότηση των σκαφών με καύσιμα. Το σύστημα υγρών καυσίμων αποτελείται από τις δεξαμενές αποθήκευσης καυσίμων, τα κτίρια, τον εξοπλισμό αντλιών, την παροχή με σωλήνες, και, όποτε δύναται, τις εφεδρικές εγκαταστάσεις παροχής καυσίμων. Το σύστημα επικοινωνίας είναι αναγκαίο για τις επιχειρηματικές λειτουργίες, την επικοινωνία μεταξύ του ανθρωπίνου δυναμικού για την ορθή λειτουργία διαφόρων διαδικασιών, και την δυνατότητα επείγουσας κλήσης σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Το σύστημα πυρόσβεσης απαιτείται για την καταστολή πιθανής πυρκαγιάς στις αποβάθρες, τις αποθήκες εμπορευμάτων, τις υπόλοιπες κτιριακές εγκαταστάσεις και στα σκάφη Δίκτυο και υποδομές μεταφορών Το οδικό δίκτυο απαιτείται στις εγκαταστάσεις λιμένων για τη μεταφορά του πλωτού φορτίου και των ανθρώπων στον προορισμό τους. Τα τμήματα των οδοστρωμάτων περιλαμβάνουν τα αναχώματα, τους τοίχους αντιστήριξης, τα σήματα της τροχαίας, τον εξοπλισμό φωταγώγησης, τα πεζοδρόμια και τα κράσπεδα, τη βάση και την υπόβαση, τις γέφυρες και τις σήραγγες. Το σιδηροδρομικό δίκτυο εντός του χώρου του λιμένα απαιτείται για την μεταφορά του πλωτού φορτίου και των ανθρώπων στον προορισμό τους, πέραν του οδικού δικτύου, αν και δεν έχουν όλοι οι λιμένες δίκτυο ραγών για την διέλευση τρένων. Τα τμήματα σιδηροδρόμων περιλαμβάνουν τα αναχώματα, τους τοίχους αντιστήριξης, τις ράγες και τους διακόπτες ελέγχου της κυκλοφορίας. Οι γέφυρες είναι το σύνηθες μέσο πρόσβασης του οδικού και του σιδηροδρομικού δικτύου στους λιμένες. Οι παράκτιες εγκαταστάσεις λιμένων, καθώς επίσης και πολλές αποβάθρες απαιτούν τις γέφυρες για την ομαλή πρόσβαση σε αυτές, για αυτό και συνήθως οι γέφυρες εκτείνονται μέχρι την ακτή. Αποστόλου Ευθύμιος 35

36 2.4.4 Αστοχίες λιμένων και λιμενικών εγκαταστάσεων Γενικά, τα δίκτυα κοινής ωφέλειας, στα οποία υπάγεται και ο λιμένας, υπόκεινται καθ όλη τη διάρκεια ζωής τους σε διάφορες επιπονήσεις, τόσο στατικές όσο και δυναμικές, με συνηθέστερο παράδειγμα τη σεισμική καταπόνηση. Η εμπειρία άλλωστε δείχνει πως τέτοιου είδους κατασκευαστικά έργα είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε ισχυρά σεισμικά φαινόμενα. Αυτό οφείλεται στη φύση των έργων αυτών, καθώς πρόκειται στην πλειοψηφία των περιπτώσεων για έργα είτε γραμμικά είτε μεγάλης έκτασης, επομένως υπεισέρχονται πολλοί παράγοντες κατά την εκδήλωση του σεισμού. Παραδείγματος χάριν, η τυχόν διαφοροποίηση του εδαφικού προφίλ κατά μήκος του έργου αποτελεί σημαντικό παράγοντα για τη συμπεριφορά του κατά τη διάρκεια του φαινομένου. Οι αστοχίες που ενδέχεται να παρουσιαστούν οφείλονται κυρίως στους εξής παράγοντες: Εδαφική ταλάντωση: Με τον όρο εδαφική ταλάντωση αναφερόμαστε στις αιφνίδιες παραμορφώσεις του εδάφους που προκαλούνται από τη διάδοση των σεισμικών κυμάτων. Η εδαφική ταλάντωση επηρεάζει μεγάλες περιοχές και μπορεί να προκαλέσει διασκορπισμένες αστοχίες. Κατολισθήσεις: Κατολισθητικό φαινόμενο ονομάζεται κάθε μαζική κίνηση του εδαφικού πρανούς λόγω αστοχίας του από διάτμηση κατά μήκος μιας επιφάνειας. Οι συνήθεις τύποι είναι ολισθήσεις μικρού πάχους, αστοχίες πρανών, κατολισθήσεις μεγάλης κλίμακας και εδαφικές ρωγμές. Οι αστοχίες στα Δίκτυα Κοινής Ωφελείας οφείλονται κυρίως σε πτώση βράχων λόγω κρούσεων ή από ολισθαίνον έδαφος που συμπαρασύρει και τα δίκτυα. Ρευστοποίηση: Η ρευστοποίηση είναι ένα φαινόμενο που εμφανίζεται σε χαλαρά, κορεσμένα κοκκώδη εδάφη όταν αυτά υπόκεινται σε ισχυρή εδαφική ταλάντωση. Ονομάζεται η μετατροπή κορεσμένου μη συνεκτικού εδάφους από την στερεά κατάσταση στην υγρή ως αποτέλεσμα της αυξημένης πίεσης του νερού των πόρων και εξ αυτής μερική ή ολική απώλεια της διατμητικής αντοχής. Πέντε είναι οι κύριοι τύποι εδαφικής αστοχίας που σχετίζονται άμεσα με τη ρευστοποίηση: οι πλευρικές εξαπλώσεις (lateral spreading), οι ροές (flow failures), η απώλεια της φέρουσας ικανότητας (loss of bearing capacity), οι συμπυκνώσεις (densification) και η καθίζηση (subsidence). Η ρευστοποίηση λόγω της άνωσης ανασηκώνει όλες τις υπόγειες κατασκευές και στην περίπτωση που συνδυάζεται με κατάλληλες συνθήκες όπως η εδαφική κλίση, συντελεί στην ανάπτυξη μόνιμων παραμορφώσεων που συνήθως καταστρέφουν όλες τις κατασκευές που εδράζονται στο συγκεκριμένο έδαφος. Κατά την καθίζηση υπάρχει απότομη διαφορική κίνηση, κατά τις ροές, προκαλούνται μετακινήσεις εδάφους με τη μορφή λάσπης, ύδατος και λίθων ενώ κατά τις πλευρικές εξαπλώσεις αναπτύσσονται μεγάλες θλιπτικές δυνάμεις. Αποστόλου Ευθύμιος 36

37 Καθιζήσεις: Αστοχίες σε δίκτυα συμβαίνουν λόγω της σχετικής διαφορικής καθίζησης σε ζώνες μετάβασης από ένα έδαφος σε άλλο και σε περιοχές αλλουβιακών αποθέσεων που είναι επιρρεπείς σε τοπικές ρευστοποιήσεις. Ζημιές παρατηρούνται επίσης σε σημεία όπου οι αγωγοί εισέρχονται σε δεξαμενές ή κτίρια. Διασταυρώσεις με ρήγματα: Ρήγμα θεωρείται η σχετική μετατόπιση παρακείμενων πλευρών του φλοιού της γης. Τοπικές μόνιμες εδαφικές παραμορφώσεις εμφανίζονται σε περιοχές επιφανειακών ρηγμάτων. Μεγάλη σημασία στην απόκριση των δικτύων κατά τη διάρκεια του σεισμού έχει η γωνία που σχηματίζουν αυτά με το ίχνος του ρήγματος. Επίσης είναι σημαντικό να αποφεύγονται αλλαγές της διεύθυνσης και συνδέσεις κοντά στο ρήγμα. Τέλος, είναι προτιμότερο στις διασταυρώσεις με ρήγματα τα δίκτυα να βρίσκονται σε μικρό σχετικά βάθος, ώστε να μπορούν να παραμορφώνονται περισσότερο, χωρίς να υφίστανται σοβαρές ζημιές. Οι εδαφικές παράμετροι που απαιτούνται για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης στην περίπτωση των κτιριακών υποδομών των δικτύων είναι η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA), οι φασματικές επιταχύνσεις (PSA) καθώς και οι μόνιμες εδαφικές παραμορφώσεις (PGD). Στην περίπτωση αγωγών είναι απαραίτητη η γνώση της μέγιστης εδαφικής ταχύτητας (PGV) καθώς αποδείχθηκε ότι συνδέεται άμεσα με τις εδαφικές παραμορφώσεις και των μόνιμων εδαφικών μετακινήσεων (PGD). Σύγχρονες μελέτες συνδέουν την εμφάνιση βλάβης σε ορισμένες συνιστώσες δικτύων και με τις εδαφικές παραμορφώσεις (ground strains). Οι λιμενικές εγκαταστάσεις αποτελούν ιδιαίτερη περίπτωση τεχνικού έργου σε σχέση με τη σεισμική συμπεριφορά, αφ ενός μεν λόγω της μεγάλης σημασίας του έργου για την αστική και ευρύτερη περιοχή, και αφετέρου γιατί είναι δυνατόν να υποστούν μεγάλες απώλειες, όχι μόνο υπό την επίδραση μεγάλων σεισμικών διεγέρσεων αλλά και υπό την επιβολή μέτριων επιπέδων σεισμικής διέγερσης. Η κυρίαρχη αιτία εμφάνισης βλαβών στα λιμενικά έργα είναι η ανάπτυξη υδροδυναμικών πιέσεων στους κρηπιδότοιχους ή τους τοίχους βαρύτητας που μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές πλευρικές ωθήσεις και κατά συνέπεια σε μη ανεκτές μετατοπίσεις. Επιπλέον, η παράλληλη αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων του εδάφους μπορεί να οδηγήσει σε εμφάνιση μη γραμμικών φαινομένων, τα οποία αναφέρθηκαν και παραπάνω, με κυρίαρχο αυτό της ρευστοποίησης. 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 ρευστοποιούμενου εδάφους. Το γεγονός αυτό με την Αποστόλου Ευθύμιος 37

38 σειρά του μπορεί να προκαλέσει καθίζηση του εδάφους, αύξηση των πλευρικών ωθήσεων στις κατασκευές αντιστήριξης και απώλεια της παθητικής αντίστασης έναντι τοίχων και αγκυρώσεων [3], (σχήμα 10). Παράλληλα, οι λιμενικές εγκαταστάσεις υπόκεινται σε κίνδυνο και λόγω μεγάλων θαλάσσιων σεισμικών κυμάτων (tsunamis). Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι η σεισμική διέγερση μπορεί να προκαλέσει αστοχίες όχι μόνο στα παράκτια τεχνικά έργα, αλλά και στις υπόλοιπες εγκαταστάσεις στο χώρο του λιμανιού που, είτε άμεσα είτε έμμεσα, επηρεάζουν την απόδοση του λιμένα. Για παράδειγμα, βλάβες ή αστοχίες στους γερανούς και τις γερανογέφυρες είναι δυνατόν 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 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 [3]. Γερανοί που έχουν ανατραπεί είναι δυνατό να προκαλέσουν βλάβες σε γειτονικές κατασκευές και άλλες εγκαταστάσεις, όπως το οδικό ή/και σιδηροδρομικό δίκτυο εντός του λιμένα. Μάλιστα, η αστοχία κτιριακών εγκαταστάσεων ή το κλείσιμο των δρόμων λόγω ερειπίων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική επιβράδυνση της λειτουργίας του λιμανιού για κάποιο χρονικό διάστημα έως ότου η λειτουργικότητα του περιβάλλοντος χώρου αποκατασταθεί. Αποστόλου Ευθύμιος 38

39 Σχήμα 10: Χαρακτηριστικοί τύποι βλάβης τοίχου βαρύτητας και παράμετροι για τα κριτήρια βλάβης Πίνακας 3: Πιθανές μορφές αστοχίας κρηπιδότοιχων [32] Στοιχείο 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. Διαφορική καθίζηση του εδάφους. Πλευρική εδαφική μετακίνηση (lateral spreading). Αποστόλου Ευθύμιος 39

40 Σχήμα 11α: Οριζόντια ολίσθηση κρηπιδότοιχου ίση με 45cm στο λιμάνι της Βασιλικής στον σεισμό της Λευκάδας. Σχήμα 11β: Καθίζηση του επιχώματος ίση με 20cm πίσω από κρηπιδότοιχο στο λιμάνι της Βασιλικής στον σεισμό της Λευκάδας. Σχήμα 11γ: Καθίζηση του επιχώματος πίσω από κρηπιδότοιχο και βλάβες στην ποδιά του πεζοδρομίου στην πόλη της Λευκάδας στον σεισμό του Σχήμα 11δ: Καθίζηση επιχώματος (25cm), ολίσθηση προς την θάλασσα και στροφή κρηπιδότοιχων στην Μαρίνα της Λευκάδας στον σεισμό του Σχήμα 12α: 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 12β: Πλήρης κατάρρευση γερανού. Οι άλλοι γερανοί υπέστησαν διάφορα είδη αστοχιών όπως πλαστικές αρθρώσεις και λυγισμός των μελών τους (Σεισμός του Kobe, Rokko Island). Αποστόλου Ευθύμιος 40

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 3.1 Γενικά Στο προηγούμενο κεφάλαιο δόθηκαν αναλυτικά όλα τα στοιχεία/συνιστώσες που αποτελούν ένα λιμάνι. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται οι εγκαταστάσεις και υποδομές του λιμένα Θεσσαλονίκης. [32] Το λιμάνι της Θεσσαλονίκης καλύπτει μια έκταση m 2 και εξυπηρετεί ετησίως περίπου τόνους εμπορευμάτων (από τους οποίους τόνοι είναι ξηρό φορτίο και υγρά καύσιμα), TEUs εμπορευματοκιβώτια, πλοία και επιβάτες. Διαθέτει 6 προβλήτες με συνολικό μήκος κρηπιδωμάτων 6.500m και ωφέλιμο βάθος μέχρι 12 μέτρα, καθώς και m 2 (στεγασμένους και υπαίθριους) αποθηκευτικούς χώρους. Η εμπορευματική ζώνη του λιμανιού είναι χωρισμένη σε δύο τμήματα: την συμβατική ζώνη και την «Ελεύθερη» ζώνη, όπου βρίσκεται εγκατεστημένη μια πληθώρα υποδομών και στοιχείων εξοπλισμού, όπως εξοπλισμός χειρισμού και φορτοεκφόρτωσης εμπορευμάτων, σιδηροδρομικές υποδομές, καθώς και υποδομές διακίνησης και αποθήκευσης φορτίου. Επιπλέον, η επιβατική ζώνη του λιμένα βρίσκεται σε διαρκή ανάπτυξη συνδέοντας την Θεσσαλονίκη με τα νησιά του Αιγαίου. Η ίδρυση του λιμανιού της Θεσσαλονίκης χρονολογείται πριν από και πλέον έτη. Σήμερα βρίσκονται ακόμα υπό εξέλιξη έργα για την αναμόρφωση και επέκταση του λιμένα. (σχήμα 13) Σχήμα 13: Χάρτης της περιοχής του λιμανιού Θεσσαλονίκης Εντός του λιμένα βρίσκεται μια πληθώρα στοιχείων/συνιστωσών απαραίτητων για την λειτουργία του, τα οποία περιλαμβάνουν τον εξοπλισμό διαχείρισης φορτίου, τα κρηπιδώματα, το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας (υποσταθμοί, γραμμές μεταφοράς και Αποστόλου Ευθύμιος 41

42 διανομής), το δίκτυο ύδρευσης και αποχέτευσης (αγωγοί), το δίκτυο τηλεπικοινωνιών (γραμμές και κέντρα), το σιδηροδρομικό (γραμμές) και οδικό δίκτυο (γραμμές και γέφυρα), καθώς και τις κτιριακές εγκαταστάσεις και άλλες κρίσιμες υποδομές. Τα κατασκευαστικά, λειτουργικά και τυπολογικά χαρακτηριστικά όλων των παραπάνω συνιστωσών είναι διαθέσιμα, σε συνεργασία με τον Οργανισμό Λιμένος Θεσσαλονίκης (ΟΛΘ) [32]. Η παρουσία όλων των παραπάνω δικτύων και υποδομών σε μια περιορισμένη έκταση επιτρέπει την πλήρη εφαρμογή της μεθοδολογίας για την αποτίμηση της σεισμικής τους διακινδύνευσης συνυπολογίζοντας τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Στη συνέχεια παρουσιάζονται αναλυτικότερα οι συνιστώσες του λιμανιού που έχουν ληφθεί υπόψη στις αναλύσεις για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης του λιμένα. 3.2 Παράκτια λιμενικά έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι / προβλήτες) Τα κρηπιδώματα του λιμένα Θεσσαλονίκης έχουν συνολικό μήκος 6,5 km και παρουσιάζουν μια σχετική ομοιομορφία ως προς τα βασικά χαρακτηριστικά τους. Πρόκειται στο σύνολό τους για κρηπιδότοιχους βαρύτητας, από οπλισμένο σκυρόδεμα, κατασκευασμένους από πρόχυτους τεχνητούς ογκόλιθους. Επιπλέον διαθέτουν επιφανειακή θεμελίωση και δεν έχουν αγκυρώσεις. Το επίχωμα αποτελείται από θραυστά υλικά κατάλληλης κοκκομετρικής διαβάθμισης, όπως επίσης και η στρώση εξυγίανσης στην βάση τους. (σχήμα 14) Σχήμα 14: Κρηπιδότοιχοι βαρύτητας λιμένα Θεσσαλονίκης 3.3 Εξοπλισμός φορτοεκφόρτωσης Γερανοί Οι ηλεκτροκίνητοι γερανοί και οι γερανογέφυρες του λιμένα Θεσσαλονίκης αποτελούν στο σύνολο τους, μη σταθερά στοιχεία εξοπλισμού χωρίς αγκυρωμένα εξαρτήματα, ενώ κινούνται με την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς την ύπαρξη εναλλακτικής πηγής τροφοδοσίας ενέργειας. Οι γερανογέφυρες χρησιμοποιούνται για τον χειρισμό εμπορευματοκιβωτίων, ενώ από το σύνολο των 44 γερανών, οι 40 από αυτούς είναι γερανοί Αποστόλου Ευθύμιος 42

43 συμβατικού φορτίου, ενώ οι υπόλοιποι 4 είναι γερανοί συμβατικού φορτίουεμπορευματοκιβωτίων. Αναφορικά με την θέση τους στις εγκαταστάσεις του λιμένα, πρόκειται στο σύνολο τους για συστήματα γερανών τοποθετημένα παράπλευρα στις προκυμαίες, με εξαίρεση μια γερανογέφυρα που βρίσκεται τοποθετημένη στον 6 ο προβλήτα [32]. Στο σχήμα 15 φαίνεται η ακριβής θέση τόσο των παράκτιων έργων, όσο και του εξοπλισμού φορτοεκφόρτωσης του λιμανιού, όπως εισάγονται για την ανάλυση που θα ακολουθήσει. Σχήμα 15: Σχηματική απεικόνιση των παράκτιων έργων και του εξοπλισμού φορτοεκφόρτωσης του λιμένα της Θεσσαλονίκης 3.4 Δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας λιμένα Εντός των εγκαταστάσεων του λιμένα, υπάρχουν 17 υποσταθμοί ηλεκτρικής ενέργειας (υποσταθμοί διανομής) για την κάλυψη σε ηλεκτροδότηση του συνόλου των αναγκών των κτιριακών και λοιπών εγκαταστάσεων μέσω μη-τρωτών υπόγειων γραμμών. Το σύνολο των υποσταθμών ηλεκτρικής ενέργειας έχει τάση λειτουργίας ίση με V, ενώ δεν διαθέτει αγκυρωμένα εξαρτήματα. Οι υποσταθμοί διαφέρουν ως προς τον τύπο τους από το σύνολο των 17 υποσταθμών ηλεκτρικής ενέργειας οι 14 είναι κλειστού τύπου και οι 3 ανοικτοί. Για την ανάλυση, όπως φαίνεται στο σχήμα 16, λαμβάνονται υπόψη οι υποσταθμοί διανομής εντός του λιμένα, οι οποίοι συνδέονται μέσω μη-τρωτών γραμμών με έναν υποσταθμό μεταφοράς εκτός του χώρου του λιμένα. Αποστόλου Ευθύμιος 43

44 Σχήμα 16: Σχηματική απεικόνιση του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας για τον λιμένα Θεσσαλονίκης 3.5 Κτιριακές εγκαταστάσεις λιμένα Το λιμάνι της Θεσσαλονίκης περιλαμβάνει πολλές κτιριακές κατασκευές, τόσο για την οργάνωση των δραστηριοτήτων του λιμανιού, όσο και για την εξυπηρέτηση των επιβατών. Αναλυτικά, τα κτίρια του λιμανιού και η λειτουργία τους δίνονται στον πίνακα 4. Πίνακας 4: Χρήση κτιριακών εγκαταστάσεων λιμένα Θεσσαλονίκης [32] FID Χρήση Κτιρίου 0 Κεντρικά Γραφεία Ο.Λ.Θ. -Γραφεία & Χώροι Σύγκλισης ΔΣ 1 Γραφεία Διεύθυνσης Τεχνικών και Οικονομικών Υπηρεσιών 2 Γραφεία Ελευθέρας Ζώνης (Γραφεία Οικονομικών Υπηρεσιών) 3 Επιβατικός Σταθμός 4 Γραφεία του Σταθμού Εμπορευματοκιβωτίων 5 Βρεφονηπιακός Σταθμός 6 Γραφεία Κεντρικού Λιμεναρχείου 7 Αποθήκη 1 8 Αποθήκη Α 9 Αποθήκη Β 10 Αποθήκη Β 11 Αποθήκη Γ 12 Αποθήκη Δ 13 Αποθήκη 6 14 Αποθήκη 7 15 Αποθήκη 8 16 Αποθήκη 8Α 17 Αποθήκη 8αΑ 18 Αποθήκη 9 19 Αποθήκη Αποθήκη 11 Αποστόλου Ευθύμιος 44

45 21 Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Αποθήκη Υπόστεγο Υ2 Αποθήκης Υπόστεγο Υ3 Έναντι Αποθήκης Ανοικτό Υπόστεγο Υ1 38 Εκκλησία 39 Υπηρεσία Φύλαξης-Ασφάλεια 40 ΠΑΕΓΑ 41 Οίκος Λιμενεργάτη 42 Σιλό 43 Συγκρότημα Συνεργείων Μηχανολογικού 44 Τμήμα Επισκευών και Συντήρησης Διεύθυνσης Δομικών Έργων 45 Αποθήκες & Εργαστήρια Τμήματος Επισκευών και Συντήρησης Διεύθυνσης Δομικών Έργων 46 Κτίρια ΟΣΕ 47 Κτίρια ΟΣΕ 48 Στάβλοι /50γ 49 Στάβλοι /50δ 50 Στάβλοι /50α 51 Στάβλοι /50β 52 Στάβλοι /50ε 53 Β' Τελωνείο 54 Διοίκηση Προσωπικού Λιμεναρχείου & Οπλονομείο 55 Φυλάκιο Πύλης 4 56 Γραφεία Λιμενικής Αστυνομίας ΚΛΘ (πλατεία επιβατικού σταθμού) 57 Ψυγεία Ιχθυόσκαλας 58 Ψυγεία Ελευθέρας Ζώνης 59 Υποσταθμός Ηλ. Ενέργειας 4ου πρ. 60 Υποσταθμός Ηλ. Ενέργειας 5ου πρ. 61 Υποσταθμός Ηλ. Ενέργειας 5ου πρ. 62 Υποσταθμός Ηλ. Ενέργειας 6ου πρ. 63 Υποσταθμός Ηλ. Ενέργειας 6ου πρ.-αποθήκης Ανατολικό φυλάκιο πύλης 1 65 Γραφεία πύλης 1 66 Δυτικό φυλάκιο πύλης 1 67 Μηχανοστάσιο 68 Αντλιοστάσιο αγωγού χαμηλών περιοχών 69 Γραφεία τμήματος ηλεκτρομηχανολογικού/ηλεκτρολογικού Αποστόλου Ευθύμιος 45

46 70 Αποθήκη υλικού 71 Συνεργείο γερανών ΚΛΑΡΚ & γραφεία κίνησης 72 Συνεργεία αυτοκινούμενων γερανών 73 Συνεργεία θερμουδραυλικών 74 Γραφεία-συνεργεία αυτοκινούμενων γερανών 75 Εγκατάσταση καυσίμων 76 Αποθήκη ειδικών φορτίων 77 Δεξαμενή 5ου προβλήτα 78 Γραφεία δεξαμενής 5ου προβλήτα 79 Αποθήκη εξυπηρέτησης μηχανημάτων Ε/Κ 80 Υπόστεγο 6ου προβλήτα 81 Τηλεφωνικό κέντρο 82 Αντλιοστάσιο χαμηλών περιοχών 83 Αντλιοστάσιο χαμηλών περιοχών 84 Γραφείο εγκατάστασης αποθήκης ειδικών φορτίων 85 Απεντομοτήριο 86 Γραφεία απεντομοτηρίου 87 Γραφεία δεξαμενής μελάσας Στη συνέχεια δίνονται τα χαρακτηριστικά των κύριων κτιρίων και μια σχηματική απεικόνιση των κτιρίων στο χώρο του λιμένα (σχήματα 17 έως 26). Αποστόλου Ευθύμιος 46

47 1. Κεντρικά γραφεία της λιμενικής αρχής-γραφεία και χώροι σύγκλισης Δ.Σ. α/α Περιγραφή Έτος κατασκευής 0 Κεντρικά γραφεία λιμενικής αρχής Αρχικώς το 1939, ανακατασκευάστηκε το 1946 Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Αντισεισμικός Κανονισμός 2 1 μικτός Ο/Σ Κανένας Σχήμα 17: Κεντρικά γραφεία λιμενικής αρχής λιμένα Θεσσαλονίκης Αποστόλου Ευθύμιος 47

48 2. Τεχνικές και οικονομικές υπηρεσίες α/α 1 Περιγραφή Τεχνικές και οικονομικές υπηρεσίες Έτος κατασκευής Δεκαετία του 1970 (περί του 1975) Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Αντισεισμικός Κανονισμός 3 - μικτός Ο/Σ Χαμηλός Σχήμα 18: Τεχνικές και οικονομικές υπηρεσίες Αποστόλου Ευθύμιος 48

49 3. Επιβατικός σταθμός α/α Περιγραφή Έτος κατασκευής Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Αντισεισμικός Κανονισμός 3 Επιβατικός Σταθμός Δεκαετία του τοιχοποιία Κανένας Σχήμα 19: Σταθμός επιβατών Αποστόλου Ευθύμιος 49

50 4. Βρεφονηπιακός σταθμός α/α Περιγραφή Έτος κατασκευής Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Αντισεισμικός Κανονισμός 5 Βρεφονηπιακός Σταθμός μικτός Ο/Σ + τοιχοποιία Κανένας Σχήμα 20: Βρεφονηπιακός σταθμός Αποστόλου Ευθύμιος 50

51 5. Γραφεία κεντρικής λιμενικής αρχής α/α 6 Περιγραφή Γραφεία κεντρικής λιμενικής αρχής Έτος κατασκευής Ύψος (όροφοι) Προ του Υπόγειο Τύπος Υλικό Αμιγώς πλαισιακός Ο/Σ Αντισεισμικός Κανονισμός Κανένας Σχήμα 21: Γραφεία κεντρικής λιμενικής αρχής Αποστόλου Ευθύμιος 51

52 6. Αποθήκη εμπορευμάτων 1 α/α 7 Περιγραφή Αποθήκη εμπορευμάτων 1-στεγάζεται το φεστιβάλ κινηματογράφου Έτος κατασκευής ανακατασκευή 1997 Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Μεταλλική κατασκευή και τοιχοποιία Αντισεισμικός Κανονισμός Κανένας Σχήμα 22: Αποθήκη εμπορευμάτων 1 Αποστόλου Ευθύμιος 52

53 7. Υπηρεσίες ασφάλειας-φύλαξης α/α 39 Περιγραφή Υπηρεσίες ασφάλειαςφύλαξης Έτος κατασκευής Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Αμιγώς πλαισιακός Ο/Σ Αντισεισμικός Κανονισμός Χαμηλός Σχήμα 23: Υπηρεσίες ασφαλείας-φύλαξης Αποστόλου Ευθύμιος 53

54 8. Αποθήκη εμπορευμάτων PAEGA Multistores α/α 40 Περιγραφή Αποθήκη εμπορευμάτων PAEGA multistores Έτος κατασκευής Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Αμιγώς πλαισιακός Ο/Σ Αντισεισμικός Κανονισμός Χαμηλός Σχήμα 24: Αποθήκη εμπορευμάτων PAEGA multistores Αποστόλου Ευθύμιος 54

55 9. Σιλό α/α Περιγραφή 42 Σιλό Έτος κατασκευής δεκαετία του 1960 Ύψος (όροφοι) Υπόγειο Τύπος Υλικό Αντισεισμικός Κανονισμός Ο/Σ Χαμηλός Σχήμα 25: Σιλό Σχήμα 26: Σχηματική απεικόνιση των κτιριακών εγκαταστάσεων στο χώρο του λιμένα Αποστόλου Ευθύμιος 55

56 Τα 88 κτίρια του λιμένα της Θεσσαλονίκης ταξινομούνται σε βασικές κατηγορίες ανάλογα με τα υλικά κατασκευής, το ύψος και τη χρονολογία κατασκευής που σχετίζεται με το επίπεδο του αντισεισμικού σχεδιασμού. Οι κατηγορίες αυτές διακρίνονται στον πίνακα 5. Πίνακας 5: Τυπολογικές κατηγορίες κτιρίων [6] Περιγραφή Δομικού Συστήματος Ύψος κτιρίου Αριθμός Ορόφων Επίπεδο Αντισεισμικού Κανονισμού ΟΣ1 Κτίριο με αμιγή πλαισιακό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα ΟΣ1.1 Κτίριο με αμιγή πλαισιακό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα, ύπαρξη τοιχοποιίας πλήρωσης στο ισόγειο Χαμηλό Μέσο Υψηλό 1-3 (Χ) 4-7 (Μ) 8+ (Υ) Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ ΟΣ1.2 ΟΣ2 ΟΣ2.1 ΟΣ2.2 Κτίριο με αμιγή πλαισιακό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα, ύπαρξη pilotis στο ισόγειο Κτίριο με μικτό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα (πλαίσια και τοιχώματα) Κτίριο με μικτό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα, ύπαρξη τοιχοποιίας πλήρωσης στο ισόγειο Κτίριο με μικτό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα, ύπαρξη pilotis στο ισόγειο Χαμηλό Μέσο Υψηλό Χαμηλό Μέσο Υψηλό Χαμηλό Μέσο Υψηλό Σημειώνεται ότι το επίπεδο του αντισεισμικού κανονισμού συνδέεται με την χρονολογία κατασκευής του κτιρίου. Ως κανένα ή χαμηλό επίπεδο κανονισμού θεωρείται η περίπτωση κτιριακών εγκαταστάσεων που κατασκευάστηκαν στον ελλαδικό χώρο προ του Βασιλικού Διατάγματος του 1959, ενώ στον υπόλοιπο ευρωπαϊκό χώρο πριν το Στο μέσο επίπεδο αντισεισμικού κανονισμού συμπεριλαμβάνονται γενικότερα τα κτίρια περί το 1980 και συγκεκριμένα για τα αντίστοιχα ελληνικά μετά το νέο αντισεισμικό κανονισμό του Τέλος, ως υψηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού λογίζονται τα σύγχρονα κτίρια με τους αντισεισμικούς κανονισμούς νέας γενιάς, όπως ο ΕΑΚ (Χ) 4-7 (Μ) 8+ (Υ) 1-3 (Χ) 4-7 (Μ) 8+ (Υ) 1-3 (Χ) 4-7 (Μ) 8+ (Υ) Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Ο, Χ, Μ, Υ Σημείωση: Τα κτίρια με προκατασκευασμένο φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα εντάσσονται στην πλησιέστερη από τις παραπάνω κατηγορίες Χαμηλό 1-2 ΦΤ Κτίριο άοπλης φέρουσας τοιχοποιίας - Μέσο 3+ Χαλύβδινα κτίρια ως χωρικά πλαίσια ή/και με ΧΛ κατακόρυφους μεταλλικούς συνδέσμους Οι κτιριακές εγκαταστάσεις του λιμένα περιλαμβάνουν χαμηλά (1-3 ορόφους) κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος με αμιγή πλαισιακό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο Αποστόλου Ευθύμιος 56

57 σκυρόδεμα και ύπαρξη pilotis στο ισόγειο κατασκευασμένα απουσία αντισεισμικού κανονισμού (ΟΣ1.2.Χ.Ο), χαμηλά (1-3 ορόφους) κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος με μικτό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα και ύπαρξη τοιχοποιίας πλήρωσης στο ισόγειο κατασκευασμένα απουσία αντισεισμικού κανονισμού (ΟΣ2.1.Χ.Ο), χαμηλά (1-3 ορόφους) κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος με μικτό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα και ύπαρξη pilotis στο ισόγειο κατασκευασμένα απουσία αντισεισμικού κανονισμού (ΟΣ2.2.Χ.Ο), χαμηλά (1-3 ορόφους) κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος με αμιγή πλαισιακό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα, ύπαρξη τοιχοποιίας πλήρωσης στο ισόγειο, και με χαμηλό επίπεδο αντισεισμικού κανονισμού (ΟΣ1.1.Χ.Χ), χαμηλά (1-3 ορόφους) κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος με μικτό φέροντα οργανισμό από οπλισμένο σκυρόδεμα, ύπαρξη τοιχοποιίας πλήρωσης στο ισόγειο, και με χαμηλό επίπεδο αντισεισμικού κανονισμού (ΟΣ2.1.Χ.Χ), κτίρια άοπλης φέρουσας τοιχοποιίας μέσου ύψους (3 και άνω ορόφους) (ΦΤ.Μ) και χαλύβδινα κτίρια ως χωρικά πλαίσια ή/και με κατακόρυφους μεταλλικούς συνδέσμους (ΧΛ). 3.5 Οδικό δίκτυο εντός και εκτός του λιμένα Για την ανάλυση της σεισμικής απόκρισης του λιμένα, λαμβάνεται υπόψη και η επιρροή τυχόν αστοχίας του οδικού δικτύου, είτε από καθιζήσεις λόγω εδαφικών παραμορφώσεων κατά τη διάρκεια της σεισμικής δόνησης, είτε από κλείσιμο τμημάτων του δικτύου από κατάρρευση κοντινών κτιριακών εγκαταστάσεων. Το συγκεκριμένο σενάριο εξετάζεται τόσο για το οδικό δίκτυο εντός του λιμένα, όσο και για το δίκτυο που οδηγεί από το λιμάνι προς τις κύριες οδικές αρτηρίες. Συγκεκριμένα εξετάζεται το οδικό δίκτυο εντός του λιμένα καθώς και δύο κύριες αρτηρίες που οδηγούν προς την περιφερειακή οδό της Θεσσαλονίκης και την Εθνική οδό Θεσσαλονίκης-Κατερίνης. Το εξωτερικό οδικό δίκτυο περιλαμβάνει τρεις γέφυρες, οι οποίες ταξινομούνται σε κατηγορίες, ανάλογα με το στατικό τους σύστημα [31]. Στη συνέχεια, δίνονται οι θέσεις των εξεταζόμενων οδικών δικτύων εντός και εκτός του λιμένα (σχήματα 27 και 28 αντίστοιχα), οι κατηγορίες ταξινόμησης των γεφυρών (πίνακας 6) καθώς και τα στοιχεία των γεφυρών που εξετάζονται (πίνακες 7 έως 9 και σχήματα 29 έως 31). Στους χάρτες των οδικών δικτύων διακρίνονται οι κόμβοι δικτύου, που είτε συνδέουν τμήματα δρόμων με γέφυρες, είτε αποτελούν διασταυρώσεις οδικών τμημάτων. Παράλληλα, εμφανίζονται και τα σημεία σύνδεσης (ΤΑΖ) του οδικού δικτύου που μελετάται με τις υπόλοιπες οδούς της περιοχής. Στο κεφάλαιο 4 θα δοθούν οι επιλεγόμενες καμπύλες τρωτότητας για τα στοιχεία αυτά, καθώς και για τα υπόλοιπα στοιχεία του λιμένα Θεσσαλονίκης, που περιγράφηκαν παραπάνω. Αποστόλου Ευθύμιος 57

58 !( ") ") ")!( ") ") ") ") ") ")!(!( ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ")!(!( ") ")!( ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ")")") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ") ")") ") ") ") ") ") ") ") ") ") QUAYWALLS ") PORT_BUILDINGS_VWGS84!( PORT_RDN-nodes PORT_RDN-sides Σχήμα 27: Το υπό μελέτη οδικό δίκτυο εντός του λιμένα Σχήμα 28: Το υπό μελέτη οδικό δίκτυο σύνδεσης λιμένα με: Ε.Ο. Θεσσαλονίκης-Κατερίνης, Εξωτερική Περιφερειακή Οδό, Εσωτερική Περιφερειακή οδό και Δυτική Είσοδο Θεσσαλονίκης (26 ης Οκτωβρίου). Με κόκκινο σημειώνονται τα τμήματα οδών, με μπλε σημειώνονται οι τρεις γέφυρες. Επίσης οι κόμβοι δικτύου (πράσινοι κύκλοι) και σημεία σύνδεσης (ΤΑΖ) (κίτρινοι κύκλοι). Αποστόλου Ευθύμιος 58

59 Πίνακας 6: Τυπολογικές κατηγορίες γεφυρών Ο/Σ [31] Κατηγορίες γεφυρών BR1 Γέφυρες ενός ανοίγματος, πριν το 1993 BR 2 Γέφυρες ενός ανοίγματος, μετά το 1993 BR 3 Γέφυρες με αμφιέρειστα ανοίγματα ή τύπου Gerber επί μονόστυλων βάθρων, πριν το 1993 BR 4 Γέφυρες με αμφιέρειστα ανοίγματα ή τύπου Gerber επί μονόστυλων βάθρων, μετά το 1993 BR 5 Γέφυρες με συνεχή ανωδομή επί μονόστυλων βάθρων, πριν το 1993 BR 6 Γέφυρες με συνεχή ανωδομή επί μονόστυλων βάθρων, μετά το 1993 BR 7 Γέφυρες με αμφιέρειστα ανοίγματα επί πολύστυλων βάθρων, πριν το 1993 BR 8 Γέφυρες με αμφιέρειστα ανοίγματα επί πολύστυλων βάθρων, μετά το 1993 BR 9 Γέφυρες με συνεχή ανωδομή επί πολύστυλων βάθρων, πριν το 1993 BR 10 Γέφυρες με συνεχή ανωδομή επί πολύστυλων βάθρων, μετά το 1993 Σχήμα 29: Σύνδεση έκτης προβλήτας λιμένα Θεσσαλονίκης με την Ε.Ο. Θεσσαλονίκης-Κατερίνης Αποστόλου Ευθύμιος 59

60 Πίνακας 7: Στοιχεία γέφυρας σύνδεσης έκτης προβλήτας λιμένα με την Ε.Ο. Θεσσαλονίκης- Κατερίνης Έτος Κατασκευής 1999 Αριθμός Ανοιγμάτων 47 Διαστάσεις Ανοιγμάτων (m) 44x30.3+3x(22.8 έως 30.3) Συνολικό Μήκος (m) 1412 Τύπος Ανωδομής Σύστημα προκατασκευασμένων δοκών και πλάκας Τύπος Στήριξης Απλή έδραση μέσω εφεδράνων Τύπος Εφεδράνων Ελαστομεταλλικά Τύπος Μεσόβαθρων Πολύστυλα Τύπος Θεμελίωσης Μεσόβαθρων Ομάδα πασσάλων με κεφαλόδεσμο Κατηγορία Εδάφους C (EC8) Τυπολογία BR8 Σχήμα 30: Α/Κ κλάδου 3 (Καβάλα-Θεσσαλονίκη) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής (Χ.Θ ) Πίνακας 8: Στοιχεία Α/Κ κλάδου 3 (Καβάλα-Θεσσαλονίκη) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής Έτος Κατασκευής 2003 Αριθμός Ανοιγμάτων 5 Διαστάσεις Ανοιγμάτων (m) x Συνολικό Μήκος (m) 161 Τύπος Ανωδομής Μονοκύψελη κιβωτοειδής διατομή Τύπος Στήριξης Συνδυασμός μονολιθικής και εφεδράνων Τύπος Εφεδράνων Ελαστομερή Τύπος Μεσόβαθρων Μονόστυλα οκταγωνικά Κατηγορία Εδάφους D (EC8) Τυπολογία BR6 Αποστόλου Ευθύμιος 60

61 Σχήμα 31: Α/Κ κλάδου 1 (Αθήνα -Καβάλα) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής (Χ.Θ ) Πίνακας 9: Στοιχεία Α/Κ κλάδου 1 (Αθήνα-Καβάλα) στον κόμβο Κ1 Εξωτερικής Περιφερειακής Έτος Κατασκευής 2003 Αριθμός Ανοιγμάτων 5 Διαστάσεις Ανοιγμάτων (m) Συνολικό Μήκος (m) 150 Τύπος Ανωδομής Μονοκύψελη κιβωτοειδής διατομή Τύπος Στήριξης Συνδυασμός μονολιθικής και εφεδράνων Τύπος Εφεδράνων Σημειακού τύπου Τύπος Μεσόβαθρων Μονόστυλα οκταγωνικά Κατηγορία Εδάφους D (EC8) Τυπολογία BR6 Αποστόλου Ευθύμιος 61

62 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΤΡΩΤΟΤΗΤΑΣ 4.1 Τρωτότητα Κατασκευών- Καμπύλες Τρωτότητας Η σεισμική διακινδύνευση κάθε έργου πολιτικού Μηχανικού εξαρτάται τόσο από τη σεισμική επικινδυνότητα της περιοχής, δηλαδή από τη σεισμικότητα και τις τοπικές εδαφικές συνθήκες, αλλά και από την τρωτότητα του έργου αυτού. Πέραν της κατασκευαστικής τρωτότητας των έργων, υπό μία ευρύτερη έννοια η τρωτότητα μπορεί να αφορά και τις έμμεσες απώλειες από τις βλάβες στις τεχνικές κατασκευές, όπως οι οικονομικές απώλειες, η διατάραξη της κοινωνικής ζωής αλλά και των πάσης φύσεως ανθρωπίνων δραστηριοτήτων. Επομένως, η σεισμική τρωτότητα μπορεί να οριστεί ως ο αναμενόμενος βαθμός απωλειών ενός τεχνικού έργου ή μιας άλλης δραστηριότητας από το συγκεκριμένο σεισμικό συμβάν.[5] 4.2 Μέθοδοι Εκτίμησης Καμπυλών Τρωτότητας Οι εμπειρικές μέθοδοι (expert judgment) είναι οι πιο γρήγορες στην εφαρμογή, αλλά απαραίτητη προϋπόθεση είναι η ύπαρξη αξιόπιστων στατιστικών στοιχείων από σεισμικές βλάβες σε κατασκευές, ώστε να μπορεί να εκτιμηθεί ο αναμενόμενος βαθμός βλάβης σε ένα σύνολο παρόμοιων κατασκευών. Συνήθως, οι μέθοδοι αυτές δεν απαιτούν αναλυτικούς υπολογισμούς, επομένως είναι κατάλληλες για εφαρμογή σε μεγάλα σύνολα κτιρίων ή έργων, όπου οποιαδήποτε άλλη μέθοδος θα απαιτούσε επίπονες και χρονοβόρες διαδικασίες. Η επεξεργασία στατιστικών στοιχείων από σεισμικές βλάβες που παρατηρήθηκαν σε προηγούμενους σεισμούς. Οι αναλυτικές μέθοδοι (π.χ. δυναμικές αναλύσεις) περιλαμβάνουν αριθμητικούς υπολογισμούς και αναλύσεις για τον έλεγχο της αντοχής των δομικών στοιχείων των έργων, ή της μέγιστης μετακίνησης ή παραμόρφωσή τους. [6] Οι υβριδικές μέθοδοι αποτελούν συνδυασμό των παραπάνω Κατά την ανάλυση για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης του λιμανιού της Θεσσαλονίκης, η τρωτότητα κάθε επιμέρους στοιχείου του έργου υπολογίζεται μέσω κατάλληλων καμπυλών τρωτότητας, που λαμβάνονται από τη διεθνή βιβλιογραφία. Γενικά, οι καμπύλες τρωτότητας εκφράζουν την πιθανότητα, για δεδομένη σεισμική ένταση, η βλάβη να είναι ίση ή μεγαλύτερη από ένα συγκεκριμένο επίπεδο βλάβης, το οποίο ορίζεται αναλόγως του τύπου της κατασκευής. Ως συνάρτηση κατανομής πιθανότητας, μια καμπύλη τρωτότητας ορίζεται μαθηματικά από τη μέση τιμή και την τυπική απόκλιση. Η μαθηματική έκφραση, λαμβάνοντας υπόψη τη σεισμική ένταση μέσω της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης, δίνεται από την εξής σχέση: [24] Αποστόλου Ευθύμιος 62

63 1 PGA P[ ds dsi / PGA] [ ln( )], όπου PGA, ds dsi i - PGA, ds i η μέση τιμή της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης, στην οποία η κατασκευή φτάνει το κατώτερο όριο του επιπέδου βλάβης ds i - ds η τυπική απόκλιση του λογαρίθμου της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης για το i επίπεδο βλάβης ds i - Φ η σωρευτική κατανομή της πιθανότητας υπέρβασης του επιπέδου βλάβης ds i 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) ή σημαντική (significant) βλάβη. Τα επίπεδα βλάβης συχνά εκφράζονται και σε όρους επιπέδου εξυπηρετικότητας της υπό μελέτη συνιστώσας. Στον πίνακα 10 δίνεται ο ορισμός των επιπέδων βλάβης για την περίπτωση κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Πίνακας 10: Ορισμός επιπέδου βλάβης για κτίρια Ο/Σ [6] επίπεδο βλάβης ορισμός περιοχή διακύμανσης του δείκτη απωλειών παρατηρήσεις - Καμία βλάβη - Ανέπαφα κτίρια Α Ασήμαντη βλάβη - Μεμονωμένες ρωγμές οι οποίες δε χρήζουν επισκευής Β Ελαφρά βλάβη >0-1 Μεγάλες καμπτικές ή μεμονωμένες διατμητικές ρωγμές Γ Μέτρια βλάβη >1-10 Διπλές διατμητικές ρωγμές και συντριβή σκυροδέματος. Μικρές μόνιμες παραμορφώσεις Δ Σημαντική ως βαριά βλάβη >10-30 Λυγισμός ράβδων οπλισμού και βλάβες στο εσωτερικό του σκυροδέματος. Μέτριου βαθμού μόνιμες παραμορφώσεις Ε Πολύ βαριά βλάβη >30-60 Μερική κατάρρευση του φέροντος οργανισμού - Κατάρρευση > Κατάρρευση Αποστόλου Ευθύμιος 63

64 Η σεισμική ένταση μπορεί να εκφρασθεί με διάφορους τρόπους, όπως με την ένταση Mercalli, 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. Στο σχήμα 32 δίνονται οι καμπύλες τρωτότητας για μέσου ύψους κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος, όπου η σεισμική ένταση είναι εκφρασμένη με την ένταση Mercalli. Σημειώνεται ότι στο συγκεκριμένο παράδειγμα, όπως συμβαίνει συχνά για κοινά οικοδομικά κτίρια, δεν χρησιμοποιούνται τα επίπεδα βλαβών όπως ορίστηκαν παραπάνω, αλλά ο οικονομικός δείκτης βλάβης, που συνδέεται άμεσα με το επίπεδο βλάβης της κατασκευής. Ο δείκτης βλάβης df είναι ο λόγος του απαιτούμενου κόστους αποκατάστασης προς το κόστος αντικατάστασης μιας κατασκευής. Σχήμα 32: Παράδειγμα καμπύλης τρωτότητας και αντίστοιχες τιμές δεικτών βλάβης για μέσου ύψους κτίρια Ο/Σ [6] Σύμφωνα με το παραπάνω σχήμα, για μακροσεισμική ένταση 6, το 10% των κτιρίων θα έχει δείκτη βλάβης 1%, το 70% θα έχει στάθμη df=0,1% και το 20% δεν θα υποστεί βλάβες. Αντίθετα, για μακροσεισμική ένταση 10, το 18% των κτιρίων θα έχει δείκτη βλάβης df= 30% ενώ το 80% των κτιριακών κατασκευών θα έχει δείκτη βλάβης df= 10%. Πρέπει να σημειωθεί ότι η μακροσεισμική ένταση συνήθως αποφεύγεται καθώς εμπεριέχει πάντα ένα σημαντικό βαθμό υποκειμενικότητας, οδηγώντας σε αβεβαιότητα, ενώ δεν είναι συνεχής, με αποτέλεσμα να μην είναι απολύτως ορθός στη συνέχεια ο σχηματισμός μιας συνεχούς καμπύλης τρωτότητας. Ωστόσο, σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται, καθώς τα στατιστικά δεδομένα που χρησιμοποιούνται για τον σχηματισμό μιας καμπύλης τρωτότητας είναι σαφώς πιο συχνά σε αυτή τη μορφή.[6] Υπογραμμίζεται ότι στις καμπύλες Αποστόλου Ευθύμιος 64

65 τρωτότητας που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση του λιμένα Θεσσαλονίκης, η σεισμική ένταση είναι συναρτήσει της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA) για την περίπτωση εδαφικής ταλάντωσης και της μόνιμης εδαφικής μετακίνησης (PGD) για την περίπτωση εδαφικής αστοχίας (λόγω ρευστοποίησης), αναλόγως τη συνιστώσα. 4.3 Τρωτότητα Λιμενικών Εγκαταστάσεων Για τα παράκτια λιμενικά έργα, όπως αναφέρθηκε και στο κεφάλαιο 2, ο τύπος και ο βαθμός των σεισμικών βλαβών εξαρτώνται από την τυπολογία τους, τις τοπικές εδαφικές συνθήκες, την ένταση της σεισμικής διέγερσης, τον συντελεστή ασφαλείας σχεδιασμού και την εκδήλωση φαινομένων ρευστοποίησης. Τα επίπεδα βλάβης από την άλλη μεριά, καθορίζονται με βάση την σεισμική απόκριση της ίδιας της κατασκευής, το επίπεδο των επιβαλλόμενων και επιτρεπόμενων μόνιμων μετακινήσεων, το επίπεδο λειτουργικότητας και το κόστος αποκατάστασης ως ποσοστό της αξίας αντικατάστασης. Σε όλες τις περιπτώσεις, υπεισέρχονται διάφορες αβεβαιότητες, οι οποίες λαμβάνονται υπόψη υιοθετώντας πιθανοτικές προσεγγίσεις για την αποτίμηση της σεισμικής τους τρωτότητας. Πολλές μεθοδολογίες αποτίμησης και καμπύλες σεισμικής τρωτότητας των λιμενικών έργων έχουν προταθεί στο παρελθόν, είτε εμπειρικές είτε περισσότερο ολοκληρωμένες. Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μεθοδολογία είναι αυτή που προτάθηκε από την FEMA (Federal Emergency Management Agency) και έχει ενσωματωθεί στο λογισμικό HAZUS [30]. Το HAZUS [30] προτείνει εμπειρικές καμπύλες τρωτότητας για τις παράκτιες κατασκευές (αποβάθρες, κρηπιδώματα, προβλήτες), τους γερανούς και τον εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης, καθώς και τις εγκαταστάσεις καυσίμων και τις αποθήκες. 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 [30], τα επίπεδα βλάβης για τις κατεξοχήν λιμενικές εγκαταστάσεις, 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. Μειονέκτημα αποτελεί η μη ακριβής διάκριση μεταξύ των διαφορετικών τύπων των παράκτιων λιμενικών έργων (π.χ. διαφορετικές καμπύλες τρωτότητας για αποβάθρες και κρηπιδότοιχους), ενώ δεν καθορίζεται ο τύπος και η πηγή της μόνιμης εδαφικής μετακίνησης (παραμόρφωση λόγω εδαφικής ταλάντωσης ή εδαφικής αστοχίας). Αποστόλου Ευθύμιος 65

66 Οι Pachakis and Kiremidjian, το 2003 [35] πρότειναν μια μεθοδολογία αποτίμησης της τρωτότητας λιμενικών εγκαταστάσεων, που σχετίζεται τόσο με άμεσες και φυσικές, όσο και με οικονομικές απώλειες. Λαμβάνονται, δηλαδή, υπόψη και έμμεσες απώλειες από το σεισμό, που όμως επηρεάζουν αισθητά τη λειτουργικότητα του λιμενικού έργου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία προϋποθέτει συγκεκριμένα σεισμικά σενάρια με γνωστά αναμενόμενα χαρακτηριστικά, καθώς η εκτίμηση των οικονομικών απωλειών βασίζεται σε υπάρχοντα στοιχεία των ΗΠΑ. Επιπλέον, στις ΗΠΑ προτάθηκε μέθοδος για την αναβάθμιση του αντισεισμικού σχεδιασμού νέων λιμενικών κατασκευών και την ενίσχυση υπαρχουσών κατασκευών. (Yin et al., 2003) [37]. Σύμφωνα με τη μεθοδολογία αυτή, οι κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα πρέπει να σχεδιάζονται σύμφωνα με δύο κριτήρια: - Σεισμός Επιπέδου Λειτουργικότητας (Operating Level Earthquake - OLE) - Σεισμός Επιπέδου Απρόβλεπτων - Τυχηματικών Γεγονότων (Contingency Level Earthquake - CLE) Η ανάλυση της σεισμικής διακινδύνευσης για το σύστημα των παράκτιων έργων στο λιμένα του Oakland πραγματοποιήθηκε από τους Werner και Taylor (2004) [39], προκειμένου να προταθούν και να αξιολογηθούν μέτρα βελτίωσης έναντι σεισμού για τη μείωση των πιθανών οικονομικών απωλειών από τη διακοπή της λειτουργίας του λιμανιού και των δαπανών επισκευής. Η μεθοδολογία είναι βασισμένη στην ανάπτυξη αιτιοκρατικών ή πιθανολογικών εκτιμήσεων των οικονομικών απωλειών. Μια από τις πιο πρόσφατες μελέτες είναι αυτή που αναπτύσσεται από τον Na et al. (2007, 2008) [40] και τους Na and Shinozuka (2009) [41], που στοχεύει στην εκτίμηση των αποτελεσμάτων ενός σεισμικού σεναρίου στην απόδοση της λειτουργίας ενός τερματικού σταθμού εμπορευματοκιβωτίων σε έναν θαλάσσιο λιμένα. Πιο συγκεκριμένα, η μεθοδολογία εστιάζει στις άμεσες οικονομικές απώλειες λόγω σεισμού, όπως προκύπτουν από την μείωση της απόδοσης του τερματικού σταθμού που εξετάζεται. Η τρωτότητα των λιμενικών εγκαταστάσεων (αποβάθρες και εξοπλισμός φορτοεκφόρτωσης) λαμβάνεται υπόψη στην ανάλυση μέσω καμπυλών τρωτότητας που προτείνονται από τους συγγραφείς. Ένα επιπλέον μοντέλο εκτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης λιμενικών εγκαταστάσεων με χρήση καμπυλών τρωτότητας έχει προταθεί από τον Shinozuka (2009) [41]. Οι καμπύλες τρωτότητας χρησιμοποιούν ως κύρια παράμετρο σεισμικής επικινδυνότητας την μέγιστη εδαφική επιτάχυνση PGA. Παράλληλα, προτείνονται και επίπεδα βλαβών για τα στοιχεία του λιμένα. Η σεισμική ανάλυση εκτελείται μέσω μιας προσομοίωσης Monte Carlo, που επαναλαμβάνεται για κάθε ένα από έναν μεγάλο αριθμό πιθανολογικών σεισμικών σεναρίων, Αποστόλου Ευθύμιος 66

67 λαμβάνοντας υπόψη την σεισμικότητα της περιοχής. Η προτεινόμενη μεθοδολογία έχει εφαρμοστεί στο λιμάνι του Kobe. Οι Rix et al. (2009) [47] περιγράφουν ένα ερευνητικό πρόγραμμα για την αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης για λιμενικές εγκαταστάσεις. Πρόκειται για ένα πιθανολογικό σεισμικό σενάριο που υπολογίζει, μέσω μιας προσομοίωσης Monte Carlo, τις οικονομικές συνέπειες του σεναρίου αυτού. [25] Τέλος, και άλλες μέθοδοι αποτίμησης έχουν χρησιμοποιηθεί (Roth and Dawson, 2003, Roth et al., 2003) [38], που στηρίζονται σε μοντέλα αλληλεπίδρασης εδάφους- κατασκευής. Εναλλακτικά, μπορεί να πραγματοποιηθεί μια πλήρης δυναμική ανάλυση (Pathmanathan et al., 2007 [42], Pasquali et al., 2008 [43], Li Destri Nicosia, 2008 [44], Green et al., 2008 [45]). Οι αναλύσεις αυτές παρέχουν μια χρήσιμη λεπτομερή μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς των παράκτιων λιμενικών έργων, αλλά δεν μπορούν να εφαρμοστούν εύκολα για μια άμεση αποτίμηση της τρωτότητας διαφορετικών τύπων κρηπιδότοιχων, συνθηκών θεμελίωσης και επιπέδων σεισμικής διέγερσης. [7] Επισκόπηση Μεθόδων Αποτίμησης Σεισμικής Τρωτότητας ανά Συνιστώσα Λιμενικών Εγκαταστάσεων Παράκτια Λιμενικά Έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι / προβλήτες) Από το HAZUS [30] προτείνονται καμπύλες τρωτότητας, 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), το οποίο όπως αναφέρθηκε παραπάνω αποτελεί μειονέκτημα της συγκεκριμένης μεθοδολογίας. Ο Ichii (2003, 2004) [48], [49] προτείνει αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για την αποτίμηση των σεισμικών βλαβών κρηπιδότοιχων βαρύτητας ως συνάρτηση της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης, με χρήση απλοποιημένων δυναμικών αναλύσεων πεπερασμένων στοιχείων, λαμβάνοντας υπόψη και την εκδήλωση ρευστοποίησης [7]. Για την επιλογή της κατάλληλης σχέσης τρωτότητας λαμβάνονται υπόψη οι παρακάτω παράμετροι (σχήμα 33): Ο λόγος των δύο διαστάσεων του τοίχου (πλάτος προς ύψος W/H). Το ανηγμένο ως προς το ύψος του τοίχου βάθος του αμμώδους στρώματος κάτω του τοίχου (D 1 /H). Οι αποθέσεις που μεσολαβούν μέχρι το στιφρό έδαφος μπορεί να είναι είτε φυσικές είτε τεχνητές. Η τιμή του ισοδύναμου αριθμού κτύπων N SPT (N 65 ) 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) [8]. Αποστόλου Ευθύμιος 67

68 Σχήμα 33: Επεξήγηση των παραμέτρων των καμπυλών τρωτότητας Ichii (2003) [26] Οι Kakderi και Pitilakis (2010) [7] προτείνουν καμπύλες τρωτότητας για παράκτιες κατασκευές για την περίπτωση εδαφικής ταλάντωσης, χωρίς την παρουσία ρευστοποίησης, χρησιμοποιώντας διαθέσιμα στοιχεία από βλάβες προηγούμενων σεισμών τόσο στην Ευρώπη όσο και παγκοσμίως και αριθμητικές αναλύσεις χαρακτηριστικών περιπτώσεων σεισμικών σεναρίων. Χαρακτηριστικές παράκτιες κατασκευές με διαφορετική γεωμετρία, έδαφος θεμελίωσης και διάφορα σεισμικά σενάρια, μελετώνται χρησιμοποιώντας το κατάλληλο αριθμητικό μοντέλο. Τα αντίστοιχα επίπεδα βλαβών υπολογίζονται με βάση τις προκληθείσες μόνιμες μετατοπίσεις και τη σεισμική συμπεριφορά του συστήματος κατασκευής-εδάφους θεμελίωσης. Έτσι, λαμβάνοντας υπόψη τυχόν αβεβαιότητες, κατασκευάζονται καμπύλες τρωτότητας για διαφορετικούς τύπους παράκτιων κατασκευών και για διαφορετικά σε κάθε περίπτωση εδάφη θεμελίωσης. Παράλληλα, συγκρίνονται με αντίστοιχες εμπειρικές καμπύλες, των οποίων η αξιοπιστία έχει ελεγχθεί βάσει πραγματικών σεισμικών βλαβών. Οι προτεινόμενες καμπύλες ορίζονται από δύο παραμέτρους, την μέση τιμή και την τυπική απόκλιση, ενώ η σεισμική ένταση εκφράζεται μέσω της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA), η οποία λαμβάνεται στο βραχώδες υπόβαθρο. Χρησιμοποιούνται τέσσερα επίπεδα βλάβης, δηλαδή μηδαμινές, μικρές, μέτριες και εκτενείς βλάβες. Οι καμπύλες τρωτότητας ισχύουν για κρηπιδότοιχους βαρύτητας για την περίπτωση εδαφικής ταλάντωσης, χωρίς την παρουσία ρευστοποίησης. Συνολικά τέσσερις διαφορετικές κατηγορίες λαμβάνονται, βασιζόμενες στα εξής χαρακτηριστικά: Το ύψος του τοίχου H (> και 10m). Τα χαρακτηριστικά του εδάφους θεμελίωσης (τιμές Vs) (τύποι εδαφών B,C βάσει EC08) Οι Na et al. (2008) ερευνούν την επίδραση της ρευστοποίησης και της πλευρικής εξάπλωσης κατά το σεισμό στους τοίχους βαρύτητας, χρησιμοποιώντας μη γραμμικές δυναμικές αναλύσεις του συστήματος κατασκευής-εδάφους θεμελίωσης. Πέντε επίπεδα βλάβης χρησιμοποιούνται (καμία βλάβη, μικρές βλάβες που δεν επηρεάζουν τη λειτουργικότητα, Αποστόλου Ευθύμιος 68

69 επιδιορθώσιμες βλάβες, επίπεδο βλαβών κοντά στην κατάρρευση, κατάρρευση). Ωστόσο, σημειώνεται πως οι παράμετροι των σχέσεων τρωτότητας δεν παρέχονται. Παράλληλα, οι Na et al. (2009) [40] επικεντρώνονται στη μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς αποβάθρων στηριζόμενες σε πασσάλους, λαμβάνοντας υπόψη την εδαφική ταλάντωση, το μηχανισμό αστοχίας των πασσάλων, τη ρευστοποίηση και την πλευρική εξάπλωση. Δύο σύνολα καμπυλών τρωτότητας προτείνονται για διάφορα επίπεδα τιμών μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης PGA, είτε με αιτιοκρατική είτε με πιθανολογική εκτίμηση της αβεβαιότητας στις εδαφικές παραμέτρους. Πέντε επίπεδα βλάβης χρησιμοποιούνται (καμία βλάβη, μικρές βλάβες που δεν επηρεάζουν τη λειτουργικότητα, επιδιορθώσιμες βλάβες, επίπεδο βλαβών κοντά στην κατάρρευση, κατάρρευση). Ωστόσο, οι παράμετροι των σχέσεων τρωτότητας δεν παρέχονται, επομένως τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για να αξιολογήσουν τη τρωτότητα παρόμοιων αποβάθρων στηριζόμενων σε πασσάλους. Η μελέτη των Ko et al. (2010) [46], για την αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας των αποβάθρων με πασσάλους του λιμανιού Hualien στην Ταϊβάν εκτελέσθηκε χρησιμοποιώντας μη γραμμική δυναμική ανάλυση. Παράλληλα, χρησιμοποιήθηκαν και στοιχεία αντιπροσωπευτικών σεισμικών γεγονότων που έγιναν στην περιοχή της Ταϊβάν, συμπεριλαμβανομένου και του σεισμού στην περιοχή Chi-Chi, το Οι προτεινόμενες καμπύλες ορίζονται από δύο παραμέτρους, την μέση τιμή και την τυπική απόκλιση, ενώ η σεισμική ένταση εκφράζεται μέσω της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (PGA), η οποία λαμβάνεται στο ελεύθερο πεδίο. Χρησιμοποιούνται τέσσερα επίπεδα βλάβης, δηλαδή μηδαμινές, μικρές, μέτριες και εκτενείς βλάβες. Ωστόσο, οι προτεινόμενες καμπύλες αναφέρονται μόνο στον συγκεκριμένο τύπο παράκτιων έργων που συναντώνται στο λιμάνι Hualien στην Ταϊβάν. [26] Τέλος, οι παραπάνω μεθοδολογίες για την αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας των παράκτιων λιμενικών έργων συνοψίζονται στον πίνακα 11. Αποστόλου Ευθύμιος 69

70 Πίνακας 11: Μεθοδολογίες για την αποτίμηση σεισμικής τρωτότητας των παράκτιων λιμενικών έργων [26] Στοιχείο υπό διακινδύνευση Αναφορά Μέτρο Σεισμικής Έντασης Σχολιασμός Παράκτια λιμενικά Έργα NIBS, 2004 Ichii, 2003, 2004 Kakderi and Pitilakis 2010 Na et al Na et al Ko et al PGD PGA PGA PGA PGA PGA Εμπειρικές καμπύλες τρωτότητας. Καμία διάκριση μεταξύ των διαφορετικών τυπολογιών. Καμία προδιαγραφή του τύπου και της πηγής της εδαφικής μετακίνησης (παραμόρφωση λόγω εδαφικής ταλάντωσης ή εδαφικής αστοχίας). Αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για τους κρηπιδότοιχους βαρύτητας. Απλουστευμένη δυναμική πεπερασμένη ανάλυση στοιχείων, λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή των φαινομένων ρευστοποίησης. Αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για τους συνήθεις τοίχους βαρύτητας που χρησιμοποιούνται συνήθως στην Ευρώπη, αποκλειστικά για την εδαφική ταλάντωση (χωρίς φαινόμενα ρευστοποίησης και εδαφικής αστοχίας). Αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για τοίχους βαρύτητας, λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή των φαινομένων ρευστοποίησης. Αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για αποβάθρες στηριζόμενες σε πασσάλους, λαμβάνοντας υπόψη την επιρροή των φαινομένων ρευστοποίησης και πλευρικής εξάπλωσης. Αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για την περίπτωση των αποβάθρων με πασσάλους που συναντώνται στο λιμάνι Hualien στην Ταϊβάν. Αποστόλου Ευθύμιος 70

71 Εξοπλισμός Φορτοεκφόρτωσης - Γερανοί Καμπύλες τρωτότητας για τον καθορισμό των αναμενόμενων σεισμικών απωλειών των γερανών και του εξοπλισμού φορτοεκφόρτωσης προτείνονται από το HAZUS [30]. Γίνεται διάκριση μεταξύ σταθερών γερανών (ή/και εξοπλισμού φορτοεκφόρτωσης) (αγκυρωμένος εξοπλισμός) και εξοπλισμού κινούμενου σε ράγες (εξοπλισμός χωρίς 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. Τα επίπεδα βλάβης, όπως ορίζονται από τη μεθοδολογία, είναι τρία και αντιστοιχούν σε μικρές, μέτριες και εκτεταμένες/καθολικές βλάβες. Ως μέτρο σεισμικής έντασης λαμβάνεται τόσο η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA), όσο και η μόνιμη εδαφική μετακίνηση (PGD) Δίκτυο Παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας Για την περίπτωση των στοιχείων του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας, δίνονται πολλές καμπύλες τρωτότητας στη βιβλιογραφία, τόσο εμπειρικές, όσο και αριθμητικές. Στον παρακάτω πίνακα περιγράφονται εν συντομία οι κυριότερες περιπτώσεις σχέσεων τρωτότητας που έχουν προταθεί, ο τύπος της μεθοδολογίας (εμπειρικός ή αριθμητικός), η παράμετρος της σεισμικής επικινδυνότητας και τα επίπεδα βλάβης ανά περίπτωση. Όπως φαίνεται και στον πίνακα 12, υπάρχουν στη βιβλιογραφία διαφορετικές σχέσεις τρωτότητας για τους υποσταθμούς παραγωγής, μεταφοράς και διανομής χαμηλής, μέσης ή υψηλής τάσης αλλά και σχέσεις για ολόκληρο το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. [10] Πίνακας 12: Εμπειρικές και αριθμητικές σχέσεις τρωτότητας για το δίκτυο ηλεκτροδότησης [10] Αναφορά Μεθοδολογία Ταξινόμηση Στοιχείων Anagnos, T., 1999 Anagnos, T. and D. K. Ostrom, 2000 Ang, A. H.-S., J. A. Pires and R. Villaverde, 1996 Εμπειρική, με δύο αριθμητικές συναρτήσεις Εμπειρική, με δύο αριθμητικές συναρτήσεις Εμπειρική, με λογαριθμική συνάρτηση 6 συνιστώσες δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας 500 kv διακόπτης and 230kV οριζόντιος διακόπτης σύνδεσης 6 συνιστώσες δικτύου και υποσταθμοί τάσης 500 kv-230 kv Μέτρο Σεισμικής Έντασης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Επίπεδα και Δείκτες Βλάβης Αστοχία με διαφορετική μορφή αστοχία αναλόγως της εξεταζόμενης συνιστώσας Αστοχία με διαφορετική μορφή αστοχία αναλόγως της εξεταζόμενης συνιστώσας Αστοχία βασισμένη στη δυσαναλογία ισχύος, τη μη κανονική τάση, και τη διακοπή ισχύος Αποστόλου Ευθύμιος 71

72 Bettinali, F., A. Rasulo, I. Vanzi, S. Imperatore and S. Evangelista, 2004 Αριθμητική 11 συνιστώσες δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Αστοχία Duenas-Osorio, L., J. I. Craig, and B. J. Goodno, 2007 Εμπειρική, με λογαριθμική συνάρτηση Δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Αστοχία βασισμένη στη λειτουργικότητα του υποσταθμού CL=20,50 and 80% FEMA- HAZUS MH Technical Manual, 2003 Αριθμητική Υποσταθμός, κυκλώματα διανομής, εγκαταστάσεις παραγωγής και 4 συνιστώσες δικτύου Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μηδαμινές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταμένες Βλάβες Καθολικές βλάβες Giavonazzi S., and A. King, 2009 Εμπειρική, με λογαριθμική συνάρτηση/ Αριθμητική Υποσταθμός μέσης τάσης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μηδαμινές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταμένες Βλάβες Καθολικές βλάβες Hwang H. H. M., and J. R. Huo, 1998 Εμπειρική, με λογαριθμική συνάρτηση/ Αριθμητική 9 συνιστώσες δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και μετατροπέας τάσης 115/12 kv Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Αστοχία Hwang H. H. M., and T. Chou, 1998 Αριθμητική, δυναμική ανάλυση, ανάλυση δέντρο σφαλμάτων 6 συνιστώσες δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και υποσταθμός Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Αστοχία Liu, G.-Y., C.- W. Liu, and Y. J. Wang, 2003 Εμπειρική, με δύο αριθμητικές συναρτήσεις 500 kv-230 kv μετατροπείς τάσεων Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Αστοχία Rasulo, A., A. Goretti, and C. Nuti, 2004 Shinozuka, M., X. Dong, T. C. Chen, and X. Jin, 2007 Αριθμητική Εμπειρική, με λογαριθμική συνάρτηση 11 συνιστώσες δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και υποσταθμός Υποσταθμός, κυκλώματα διανομής, εγκαταστάσεις παραγωγής και μετατροπείς τάσεων Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Αστοχία Αστοχία βασισμένη στη δυσαναλογία ισχύος και τη μη κανονική τάση Αποστόλου Ευθύμιος 72

73 Straub D., and A. Der Kiureghian, 2008 Εμπειρική, με λογαριθμική συνάρτηση/ Μπεϋζιανή ανάλυση Μετατροπέας τάσης 230 kv, 230 kv διακόπτης σύνδεσης και σύστημα των συνιστωσών αυτών Vanzi, I., 1996 Αριθμητική 11 συνιστώσες δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας Vanzi, I., 2000 Vanzi, I., A. Rasulo, and S. Sigismondo, 2004 SMR-LIFE Αριθμητική, πρόβλημα βελτιστοποίησης Αριθμητική, μέθοδος Cornell Εμπειρική, ανάλυση δέντρο σφαλμάτων Υποσταθμός διανομής διακόπτης 420 kv Υποσταθμός μεταφοράς Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Φασματική Επιτάχυνση Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Αστοχία Αστοχία Αστοχία Αστοχία Μηδαμινές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταμένες Βλάβες Καθολικές βλάβες Κτιριακές Εγκαταστάσεις Η εκτίμηση του βαθμού βλάβης μέσω των καμπύλων τρωτότητας βασίζεται στην παραδοχή ότι κατασκευές με κοινά κρίσιμα χαρακτηριστικά αναμένεται να έχουν παρόμοια απόκριση υπό σεισμική δράση και επομένως εντάσσονται σε συγκεκριμένη κατηγορία τρωτότητας. Τα κοινά χαρακτηριστικά μπορούν να αφορούν το δομικό σύστημα της κατασκευής, τα κύρια υλικά κατασκευής, το έτος κατασκευής (που σχετίζεται με το επίπεδο αντισεισμικού σχεδιασμού) και τον αριθμό των ορόφων. Ενδεικτικά, στον πίνακα 13 δίνονται οι βασικές κατηγορίες κτιρίων κατά τον αμερικανικό οργανισμό ATC (1985) [50], βάσει των οποίων γίνεται διαχωρισμός των κτιρίων και προτείνονται οι αντίστοιχες καμπύλες τρωτότητας [6]. Σημειώνεται πως στη διεθνή βιβλιογραφία υπάρχουν πολλές διαθέσιμες καμπύλες τρωτότητας κτιρίων Ο/Σ και τοιχοποιίας [33]. Αποστόλου Ευθύμιος 73

74 Πίνακας 13: Ταξινόμηση κτιρίων κατά ATC (1985) [50] Αποστόλου Ευθύμιος 74

75 Οδικό Δίκτυο Η μεθοδολογία του HAZUS [30], παρέχει ένα σύγχρονο εργαλείο για την εκτίμηση των άμεσων απωλειών έναντι σεισμού και άλλων φυσικών καταστροφών, που στηρίζεται σε καμπύλες τρωτότητας για γέφυρες, σήραγγες και δρόμους. Οι Basoz & Kiremidjian (1996) [51], ανέπτυξαν μια μεθοδολογία με σκοπό την υποστήριξη του σχεδιασμού δράσεων πριν και μετά το σεισμό, που στηρίζεται στον προσδιορισμό της τρωτότητας και σπουδαιότητας των γεφυρών, καθώς και της λειτουργικότητας του δικτύου. Οι Werner et al. (2006) [52] προτείνουν μια πολυεπίπεδη προσέγγιση που περιλαμβάνει μοντέλα ανάλυσης δικτύου, σεισμικής επικινδυνότητας, σεισμικής τρωτότητας των επιμέρους συνιστωσών και υπολογισμού των άμεσων και έμμεσων οικονομικών και λειτουργικών απωλειών, ενώ έχει ενσωματωθεί και σε αντίστοιχο λογισμικό περιβάλλοντος GIS [59]. Παρόμοια μεθοδολογία αναπτύχθηκε επίσης από τους Kiremidjian et al. (2006) [54], η οποία εφαρμόστηκε για συγκεκριμένα σεισμικά σενάρια στην περιοχή του San Francisco. Στην προτεινόμενη από τους Shinozuka et al. (2003) [55] μέθοδο αποτίμησης της συμπεριφοράς του οδικού δικτύου, η εκτίμηση των επιπέδων βλάβης των γεφυρών γίνεται με τη προσέγγιση Monte Carlo, με βάση καμπύλες τρωτότητας που αναπτύχθηκαν από εμπειρικά δεδομένα των σεισμών του Northridge και Kobe. Επιπλέον, οι Cho et al. (2001) [56] περιγράφουν ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο εκτίμησης των άμεσων και έμμεσων απωλειών στην οικονομία μιας περιοχής εξαιτίας των σεισμικών βλαβών στις γέφυρες του δικτύου μεταφορών και στις βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Η έλλειψη δεδομένων για τη θέση και τα χαρακτηριστικά των αποκλεισμών δρόμων λόγω κατάρρευσης κτιρίων σε προηγούμενους σεισμούς, καθώς και η χαοτική και πολυπαραμετρική φύση του προβλήματος, καθιστούν ιδιαίτερα δύσκολη την ανάπτυξη επαρκώς τεκμηριωμένων εμπειρικών μεθόδων ή την αναλυτική προσομοίωση, με αποτέλεσμα τον μέχρι τώρα περιορισμένο αριθμό εργασιών στο συγκεκριμένο θέμα. Οι Perkins et al. (1997) [53] περιγράφουν μια απλουστευμένη προσέγγιση για την εκτίμηση του αναμενόμενου αριθμού κλεισιμάτων ενός αστικού οδικού δικτύου που βασίζεται σε εμπειρικά δεδομένα από τις ΗΠΑ. Ο Goretti (2005) [57] πρότεινε μια μεθοδολογία για την ανάλυση της σεισμικής συμπεριφοράς του οδικού δικτύου που εφαρμόζεται σε αστικές περιοχές της Ν. Ιταλίας, συνδυάζοντας την πιθανότητα κατάρρευσης κτιρίων και αποκλεισμού των δρόμων, ενώ για τον προσδιορισμό της συνδετικότητας του δικτύου γίνεται προσομοίωση Monte Carlo. Στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος SRMLIFE ( ) [8], προτείνονται καμπύλες τρωτότητας με τέσσερα επίπεδα βλάβης (καθόλου, μικρές, μέτριες, εκτεταμένες βλάβες). Τέλος, οι Anastassiadis & Argyroudis (2007) [58] εξετάζουν την αλληλεπίδραση δομημένου περιβάλλοντος και οδικού δικτύου, παρουσιάζοντας ένα πλαίσιο ανάλυσης της σεισμικής τρωτότητας σε αστικά συστήματα. [23] Αποστόλου Ευθύμιος 75

76 4.3.2 Χρησιμοποιούμενη Μέθοδος Αποτίμησης Σεισμικής Τρωτότητας ανά Συνιστώσα Λιμενικών Εγκαταστάσεων Παράκτια Λιμενικά Έργα (αποβάθρες / κρηπιδότοιχοι / προβλήτες) Στη συγκεκριμένη ενότητα δίνονται οι καμπύλες τρωτότητας που θα χρησιμοποιηθούν στην ανάλυση για την αποτίμηση σεισμικής διακινδύνευσης του λιμένα της Θεσσαλονίκης. Από τις βιβλιογραφικές μεθόδους αποτίμησης σεισμικής τρωτότητας των παράκτιων λιμενικών έργων, οι καμπύλες που προτείνονται από τους Kakderi and Pitilakis (2010) [7] είναι οι μόνες στη διεθνή βιβλιογραφία για την εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης των κατασκευών αυτών για συνήθεις ισχυρές σεισμικές διεγέρσεις και εδάφη θεμελίωσης, όσον αφορά μόνο την επίδραση της εδαφικής ταλάντωσης. Επομένως, όταν εξετάζεται η εδαφική ταλάντωση με παράμετρο σεισμικής έντασης την PGA, χρησιμοποιούνται οι καμπύλες τρωτότητας κατά Kakderi and Pitilakis (2010) [7], ενώ στην περίπτωση εκδήλωσης φαινομένων ρευστοποίησης γίνεται χρήση των καμπυλών HAZUS [30] με βάση τη μόνιμη εδαφική παραμόρφωση (PGD). Οι τελευταίες προτιμήθηκαν από τις αντίστοιχες καμπύλες Ichii (2003) [48], καθώς μετά από σύγκριση των δύο μεθοδολογιών για το λιμάνι της Λευκάδας για το σενάριο του σεισμού της 14/08/2003, παρατηρήθηκε υπερεκτίμηση των βλαβών των κρηπιδότοιχων με τη μεθοδολογία κατά Ichii (2003) [48], [32]. Στη συνέχεια δίνονται τα επίπεδα βλάβης και οι χαρακτηριστικές τιμές και η μορφή των καμπυλών τρωτότητας σύμφωνα με τις δύο χρησιμοποιούμενες μεθόδους (πίνακες 14 έως 17 και σχήματα 34 και 35). Παράλληλα, δίνονται και τα αντίστοιχα στοιχεία για τις καμπύλες Ichii (2003) [48], οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν αργότερα στην ανάλυση, και τα αποτελέσματα που θα δώσουν θα συγκριθούν με τα αποτελέσματα των προηγούμενων καμπυλών τρωτότητας (πίνακες 18,19 και σχήμα 36). Από τις προτεινόμενες καμπύλες των Kakderi and Pitilakis (2010) [7] επιλέγονται αυτές με Vs=250m/sec και αντίστοιχο κάθε φορά ύψος του τοίχου (Η ή > 10m). Αντίστοιχα, από τις καμπύλες του Ichii (2003) [48] επιλέγονται ως οι πιο κοντινές στην περίπτωση των κρηπιδότοιχων του λιμανιού οι παρακάτω: Πλάτος προς ύψος κρηπιδότοιχου W/H = 0,9 Το ανηγμένο ως προς το ύψος του τοίχου βάθος του αμμώδους στρώματος κάτω του τοίχου D 1 /H = 1 Ο ισοδύναμος αριθμός κτύπων N SPT των αμμωδών στρωμάτων κάτω και πίσω από τον τοίχο N SPT = 10 Αποστόλου Ευθύμιος 76

77 Πίνακας 14: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες HAZUS [30] 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 Δυνατότητα χρήσης χωρίς επιδιορθώσεις Δυνατότητα χρήσης μετά από επιδιορθώσεις Μηδενική δυνατότητα χρήσης Πίνακας 15: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες HAZUS [30] Μόνιμη Εδαφική Μετακίνηση Επίπεδο βλάβης (PGD) 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 Αποστόλου Ευθύμιος 77

78 Πιθανότητα υπέρβασ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΣΥΣΤΗΜΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΚΙΝΔΥΝΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Παράκτια λιμενικά έργα / Κρηπιδότοιχοι 1,00 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 34: Καμπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες HAZUS [30] Πίνακας 16: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (Kakderi and Pitilakis 2010) [7] Επίπεδο βλάβης Κανονικοποιημένη μετακίνηση προς τη θάλασσα Μικρές Βλάβες Μικρότερη από 1,5 % Μέτριες Βλάβες 1,5-5 % Εκτεταμένες Βλάβες 5-10 % Καθολικές Βλάβες Μεγαλύτερη από 10% Πίνακας 17: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (Kakderi and Pitilakis 2010) [7] Ταξινόμηση κρηπιδότοιχων λιμένα Επίπεδο Βλάβης Μέγιστη εδαφική επιτάχυνση H 10m, Vs=250m/s όπου H λειτουργικό βάθος αποβάθρας Μέση τιμή (g) β Μικρές Βλάβες 0,11 0,54 Μέτριες Βλάβες 0,37 0,54 Εκτεταμένες/Καθολικές Βλάβες 0,81 0,54 H>10m, Vs=250m/s όπου H λειτουργικό βάθος αποβάθρας Μέση τιμή β (g) Μικρές Βλάβες 0,14 0,49 Μέτριες Βλάβες 0,44 0,49 Εκτεταμένες/Καθολικές Βλάβες 0,96 0,49 Αποστόλου Ευθύμιος 78

79 Σχήμα 35: Καμπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες για Vs=250m/sec (Kakderi and Pitilakis 2010) [7] Αποστόλου Ευθύμιος 79

80 Πίνακας 18: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κρηπιδότοιχους βαρύτητας (Ichii 2003) [48] Επίπεδο βλάβης Κανονικοποιημένη μετακίνηση προς τη θάλασσα Επίπεδο I 1,5-5 % Επίπεδο II 5-10 % Επίπεδο III % Επίπεδο IV Μεγαλύτερη από 15% Πίνακας 19: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (για W/H=0,9, D 1 /H =1, N SPT = 10 - (Ichii 2003) [48]) Επίπεδο βλάβης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέση Τιμή (g) β Μικρές βλάβες 0,095 1,4 Μέτριες βλάβες 0,273 0,65 Εκτεταμένες βλάβες 0,398 0,46 Καθολικές βλάβες 0,472 0,39 Σχήμα 36: Καμπύλες τρωτότητας για κρηπιδότοιχους-αποβάθρες-προβλήτες (για W/H=0,9, D 1 /H =1, N SPT = 10 - (Ichii 2003) [48]) Αποστόλου Ευθύμιος 80

81 Εξοπλισμός Φορτοεκφόρτωσης Γερανοί Όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, οι μοναδικές καμπύλες τρωτότητας που έχουν προταθεί διεθνώς για τον φορτωτικό-εκφορτωτικό εξοπλισμό είναι αυτές του HAZUS [30]. Γίνεται διάκριση μεταξύ σταθερών γερανών ή /και εξοπλισμού φορτοεκφόρτωσης (αγκυρωμένος εξοπλισμός) και εξοπλισμού κινούμενου σε ράγες (μη αγκυρωμένος εξοπλισμός). Σημειώνεται το γεγονός ότι στο λιμένα Θεσσαλονίκης συναντάται μη αγκυρωμένος εξοπλισμός φορτοεκφόρτωσης κινούμενος σε ράγες. Στους πίνακες 20 και 21 δίνονται τα επίπεδα βλάβης του εξοπλισμού και οι παράμετροι των σχέσεων τρωτότητας και στο σχήμα 37 η μορφή των καμπυλών τρωτότητας.[30] Πίνακας 20: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης-γερανούς (HAZUS) [30] 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 εκτροχιασμού των γερανών. Απαιτείται αντικατάσταση των δομικών μελών. Επίπεδο εξυπηρετικότητας Μειωμένη λειτουργικότητα Μηδενική λειτουργικότητα Δυνατότητα χρήσης χωρίς επιδιορθώσεις Δυνατότητα χρήσης μετά από επιδιορθώσεις Μηδενική δυνατότητα χρήσης Αποστόλου Ευθύμιος 81

82 Πιθανότητα υπέρβασης Πιθανότητα υπέρβασ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΣΥΣΤΗΜΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΚΙΝΔΥΝΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ Πίνακας 21: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης-γερανούς (HAZUS) [30] Ταξινόμηση γερανών / εξοπλισμού φορτοεκφόρτωσης Αγκυρωμένος / σταθερός εξοπλισμός Μη αγκυρωμένος εξοπλισμός / εξοπλισμός σε ράγες Μέγιστη Εδαφική Μόνιμη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μετακίνηση (PGD) Επίπεδο βλάβης Μέση τιμή Μέση τιμή (g) β β (m) Μικρές βλάβες 0,30 0,60 0,08 0,60 Μέτριες βλάβες 0,50 0,60 0,15 0,70 Εκτεταμένες / 1,00 0,70 0,30 0,70 Καθολικές βλάβες Μικρές βλάβες 0,15 0,60 0,05 0,60 Μέτριες βλάβες 0,35 0,60 0,10 0,60 Εκτεταμένες / Καθολικές βλάβες 0,80 0,70 0,25 0,70 Αγκυρωμένος / σταθερός εξοπλισμός 1,00 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 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 Αποστόλου Ευθύμιος 82

83 Πιθανότητα υπέρβασ Πιθανότητα υπέρβα ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ: ΣΥΣΤΗΜΙΚΗ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΔΙΑΚΙΝΔΥΝΕΥΣΗΣ ΤΟΥ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 1,00 Μη αγκυρωμένος εξοπλισμός / εξοπλισμός σε ράγες 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) Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταμένες βλάβες 1,00 Μη αγκυρωμένος εξοπλισμός / εξοπλισμός σε ράγες 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 37: Καμπύλες τρωτότητας για εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης-γερανούς (HAZUS) [30] Δίκτυο Παροχής Ηλεκτρικής Ενέργειας Λιμένα Καθώς στην διεθνή βιβλιογραφία οι μοναδικές καμπύλες τρωτότητας που προτείνονται για υποσταθμούς διανομής είναι αυτές του HAZUS [30], γίνεται χρήση των καμπυλών αυτών για την αποτίμηση της τρωτότητας των υποσταθμών εντός του λιμένα Θεσσαλονίκης. Βέβαια αυτές οι καμπύλες αναφέρονται σε μεγαλύτερα επίπεδα τάσης από τους αντίστοιχους υποσταθμούς εντός του λιμένα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει πιθανώς σε μια υπερεκτίμηση της αναμενόμενης τρωτότητας των στοιχείων αυτών. Για τον υποσταθμό μεταφοράς που συνδέεται με τους υποσταθμούς διανομής του λιμένα, γίνεται χρήση των καμπυλών τρωτότητας που προτείνονται από το SRM-LIFE ( ) [8], οι οποίες λαμβάνουν υπόψη την ύπαρξη η μη αγκυρώσεων και το επίπεδο αντισεισμικού σχεδιασμού του κτιρίου (για τους στεγασμένους υποσταθμούς). Σημειώνεται πως ο υποσταθμός Αποστόλου Ευθύμιος 83

84 μεταφοράς εκτός του λιμένα είναι ανοιχτός. Στους πίνακες 22 και 23 δίνονται τα επίπεδα βλάβης για ανοιχτούς και κλειστούς υποσταθμούς και στον πίνακα 24 οι παράμετροι των σχέσεων τρωτότητας όπως προτείνονται από το SRM-LIFE ( )[8]. Στο σχήμα 38 δίνεται η μορφή των καμπυλών τρωτότητας για τις δύο περιπτώσεις υποσταθμών. Τα αντίστοιχα δεδομένα για την περίπτωση των σχέσεων τρωτότητας για τους υποσταθμούς διανομής δίνονται στους πίνακες 25 και 26 και η μορφή των καμπύλων στο σχήμα 39. Πίνακας 22: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για ανοιχτούς υποσταθμούς υψηλής-υπερυψηλής τάσης (SMR-LIFE ) [8] Επίπεδα βλάβης Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταμένες βλάβες Καθολικές βλάβες Περιγραφή Αστοχία του 5% των αποζευκτών (π.χ., απώλεια της ευθυγράμμισης), ή αστοχία του 5% των διακοπτών ισχύος (π.χ. αποκόλληση από τη βάση τους, ανατροπή, πτώση των ακροκιβωτίων των διακοπτών ισχύος στο έδαφος). Αστοχία του 40% των αποζευκτών (π.χ., απώλεια της ευθυγράμμισης), ή αστοχία του 40% των διακοπτών ισχύος (π.χ. αποκόλληση από τη βάση τους, ανατροπή, πτώση των ακροκιβωτίων των διακοπτών ισχύος στο έδαφος), ή αστοχία του 40% των μετασχηματιστών ρεύματος (π.χ. διαρροή λαδιού από τους μετασχηματιστές, θραύση κεραμικών στοιχείων). Αστοχία του 70% των αποζευκτών (π.χ., απώλεια της ευθυγράμμισης), ή αστοχία του 70% των διακοπτών ισχύος, ή αστοχία του 70% των μετασχηματιστών ρεύματος (π.χ., διαρροή λαδιού από τους μετασχηματιστές, θραύση κεραμικών στοιχείων) ή αστοχία του 70% των μετασχηματιστών (π.χ. διαρροή από τα συστήματα ψύξης των μετασχηματιστών). Αστοχία όλων των αποζευκτών, όλων των διακοπτών ισχύος, όλων των μετασχηματιστών ή όλων των μετασχηματιστών ρεύματος. Επίπεδο εξυπηρετικότητας Δυνατότητα χρήσης σχεδόν χωρίς επιδιορθώσεις Δυνατότητα χρήσης μετά από επιδιορθώσεις Μη επιδιορθώσιμες βλάβες Μη επιδιορθώσιμες βλάβες Αποστόλου Ευθύμιος 84

85 Πίνακας 23: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κλειστούς υποσταθμούς υψηλής-υπερυψηλής τάσης (SMR-LIFE ) [8] Επίπεδα βλάβης Μικρές βλάβες Μέτριες βλάβες Εκτεταμένες βλάβες Καθολικές βλάβες Περιγραφή Αστοχία του 5% των αποζευκτών (π.χ., απώλεια της ευθυγράμμισης), ή αστοχία του 5% των διακοπτών ισχύος (π.χ. αποκόλληση από τη βάση τους, ανατροπή, πτώση των ακροκιβωτίων των διακοπτών ισχύος στο έδαφος), ή εκδήλωση μικρού επιπέδου βλαβών στο κτίριο. Αστοχία του 40% των αποζευκτών (π.χ., απώλεια της ευθυγράμμισης), ή αστοχία του 40% των διακοπτών ισχύος (π.χ. αποκόλληση από τη βάση τους, ανατροπή, πτώση των ακροκιβωτίων των διακοπτών ισχύος στο έδαφος), ή αστοχία του 40% των μετασχηματιστών ρεύματος (π.χ. διαρροή λαδιού από τους μετασχηματιστές, θραύση κεραμικών στοιχείων), ή εκδήλωση μέτριου επιπέδου βλαβών στο κτίριο. Αστοχία του 70% των αποζευκτών (π.χ., απώλεια της ευθυγράμμισης), ή αστοχία του 70% των διακοπτών ισχύος, ή αστοχία του 70% των μετασχηματιστών ρεύματος (π.χ., διαρροή λαδιού από τους μετασχηματιστές, θραύση κεραμικών στοιχείων), ή αστοχία του 70% των μετασχηματιστών (π.χ. διαρροή από τα συστήματα ψύξης των μετασχηματιστών), ή εκδήλωση εκτεταμένου επιπέδου βλαβών στο κτίριο. Αστοχία όλων των αποζευκτών, όλων των διακοπτών ισχύος, όλων των μετασχηματιστών ή όλων των μετασχηματιστών ρεύματος, ή εκδήλωση καθολικών βλαβών στο κτίριο. Επίπεδο εξυπηρετικότητας Δυνατότητα χρήσης σχεδόν χωρίς επιδιορθώσεις Δυνατότητα χρήσης μετά από επιδιορθώσεις Μη επιδιορθώσιμες βλάβες Μη επιδιορθώσιμες βλάβες Πίνακας 24: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για υποσταθμούς μεταφοράς υψηλής-υπερυψηλής τάσης (SMR-LIFE ) [8] Ταξινόμηση υποσταθμών ηλεκτροδότησης λιμένα Επίπεδο Βλάβης Μέγιστη εδαφική επιτάχυνση Ανοιχτού τύπου Μικτού τύπου Κλειστού τύπου- χαμηλό επίπεδο αντισεισμικού σχεδιασμού κτιριακών εγκαταστάσεων Μέση τιμή β (g) Μικρές Βλάβες 0,18 0,550 Μέτριες Βλάβες 0,32 0,500 Εκτεταμένες Βλάβες 0,43 0,500 Καθολικές Βλάβες 0,65 0,500 Ομοίως με την περίπτωση ανοιχτού τύπου Μέση τιμή β (g) Μικρές Βλάβες 0,13 0,50 Μέτριες Βλάβες 0,19 0,55 Εκτεταμένες Βλάβες 0,26 0,55 Καθολικές Βλάβες 0,6 0,50 Αποστόλου Ευθύμιος 85

86 Σχήμα 38: Καμπύλες τρωτότητας για υποσταθμούς μεταφοράς (SMR-LIFE ) [8] Αποστόλου Ευθύμιος 86

87 Πίνακας 25: Περιγραφή επιπέδων βλάβης υποσταθμούς διανομής (HAZUS) [30] Επίπεδο εξυπηρετικότητας Πλήρης λειτουργικότητα Μειωμένη λειτουργικότητα Μηδενική λειτουργικότητα Δυνατότητα χρήσης σχεδόν χωρίς επιδιορθώσεις Δυνατότητα χρήσης σχεδόν χωρίς επιδιορθώσεις Δυνατότητα χρήσης μετά από επιδιορθώσεις Κανονική λειτουργία Μειωμένη λειτουργία* Αστοχία Περιγραφή επιπέδου Βλάβης Αστοχία κανενός από τους έξι μονωτήρες υψηλής τάσης ή σημαντικές βλάβες στο κτίριο του υποσταθμού. Αστοχία τουλάχιστον ενός από τους τρεις μονωτήρες υψηλής τάσης ενός μετασχηματιστή ή σημαντικές βλάβες στο κτίριο του υποσταθμού. Αστοχία τουλάχιστον ενός από τους τρεις μονωτήρες υψηλής τάσης και στους δύο μετασχηματιστές ή πολύ βαριές βλάβες στο κτίριο του υποσταθμού. * Δυνατότητα λειτουργίας με έναν μετασχηματιστή για μικρή χρονική διάρκεια (κάποιες ώρες) για το σύνολο των φορτίων ή δυνατότητα αδιάκοπτης λειτουργίας επιλεγμένων σημαντικών καταναλωτών. Πίνακας 26: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας υποσταθμούς διανομής (HAZUS) [30] Ταξινόμηση υποσταθμών ηλεκτροδότησης λιμένα Μη αγκυρωμένοι/ μη σταθεροί Χαμηλής τάσης Επίπεδο Βλάβης Μέγιστη εδαφική επιτάχυνση Μέση τιμή β (g) Μικρές Βλάβες 0,13 0,650 Μέτριες Βλάβες 0,26 0,500 Εκτεταμένες Βλάβες 0,34 0,400 Καθολικές Βλάβες 0,74 0,400 Αποστόλου Ευθύμιος 87

88 Σχήμα 39: Καμπύλες τρωτότητας για υποσταθμούς διανομής (HAZUS) [30] Αστικές Οδοί Στους πίνακες 27 και 28 και στο σχήμα 40, παρουσιάζονται τα επίπεδα βλάβης, οι παράμετροι και η μορφή των καμπύλων τρωτότητας έναντι ρευστοποίησης που χρησιμοποιούνται για την περίπτωση οδοστρωμάτων εντός και εκτός του λιμένα. Σημειώνεται ότι χρησιμοποιούνται οι καμπύλες τρωτότητας, όπως προτείνονται από το HAZUS [30]. Πίνακας 27: Περιγραφή επιπέδων βλάβης οδοστρωμάτων (HAZUS) [30] Επίπεδο βλάβης Περιγραφή Βαθμός λειτουργίας της οδού Καθόλου / Ανοικτή οδός Μικρές Μικρές καθιζήσεις (<30cm) ή πλευρικές μετακινήσεις του οδοστρώματος Μέτριες Εκτεταμένες/ Πλήρεις Μεσαίες καθιζήσεις (30-60cm) ή πλευρικές μετακινήσεις του οδοστρώματος Μεγάλες καθιζήσεις (>60cm) ή πλευρικές μετακινήσεις του οδοστρώματος Ανοικτή οδός για την κυκλοφορία οχημάτων. Μειωμένες ταχύτητες κατά τη διάρκεια των εργασιών αποκατάστασης. Κλειστή οδός κατά την διάρκεια εργασιών προσωρινής αποκατάστασης (λίγες ημέρες). Μερικός αποκλεισμός της οδού κατά την διάρκεια των εργασιών οριστικής αποκατάστασης (λίγες ημέρες έως εβδομάδες). Η διάρκεια και ο βαθμός αποκλεισμού εξαρτώνται από το μήκος και πλάτος της οδού που έχει υποστεί βλάβες. Κλειστή οδός κατά την διάρκεια εργασιών προσωρινής αποκατάστασης (λίγες ημέρες έως εβδομάδες). Μερικός αποκλεισμός της οδού κατά την διάρκεια των εργασιών οριστικής αποκατάστασης (λίγες εβδομάδες έως μήνες). Η διάρκεια και ο βαθμός αποκλεισμού εξαρτώνται από το μήκος της οδού που έχει υποστεί βλάβες. Αποστόλου Ευθύμιος 88

89 Πίνακας 28: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας οδοστρωμάτων (HAZUS) [30] Επίπεδο βλάβης Μόνιμη Εδαφική Μετακίνηση (PGD) Μέση Τιμή (m) β Μικρές βλάβες 0,15 0,7 Μέτριες βλάβες 0,3 0,7 Εκτεταμένες/ Καθολικές βλάβες 0,6 0,7 Σχήμα 40: Καμπύλες τρωτότητας οδοστρωμάτων (HAZUS) [30] Γέφυρες Αστικού Οδικού Δικτύου Στο αστικό οδικό δίκτυο εκτός του λιμένα, συμπεριλαμβάνονται τρεις γέφυρες, οι οποίες, όπως αναλύθηκε παραπάνω, εντάσσονται σε δύο τυπολογικές κατηγορίες. Στην ανάλυση που διεξάγεται χρησιμοποιούνται από τη βιβλιογραφία οι καμπύλες τρωτότητας Basöz and Mander(1999) [60] για αυτές τις δύο κατηγορίες. Σημειώνεται ότι υπάρχουν τέσσερα επίπεδα βλάβης για την περίπτωση των γεφυρών, ωστόσο στη συγκεκριμένη ανάλυση χρησιμοποιούνται τα δύο πιο κρίσιμα για τη λειτουργικότητα του έργου, αυτά των μέτριων βλαβών και της καθολικής βλάβης που οδηγεί σε κατάρρευση. Τα επίπεδα βλάβης δίνονται στον πίνακα 29, οι παράμετροι των καμπυλών τρωτότητας στον πίνακα 30, ενώ η μορφή των καμπύλων που εισάγονται στην ανάλυση στα σχήματα 41 και 42. Αποστόλου Ευθύμιος 89

90 Πίνακας 29: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για γέφυρες Ο/Σ (SMR-LIFE ) [8] Επίπεδο Επίπεδο εξυπηρετικότητας Περιγραφή βλάβης Γέφυρας Υποκείμενης οδού Καθόλου / Ανοιχτή στην κυκλοφορία οχημάτων. Μικρές ρωγμές και αποφλοιώσεις στα Ανοιχτή στην κυκλοφορία οχημάτων. Μικρές ακρόβαθρα, στα υποστυλώματα, στο Απαιτείται μόνο Ανοιχτή στην κατάστρωμα, τις δοκούς ή στις εξωτερική κυκλοφορία οχημάτων. αρθρώσεις, ρωγμές των διατμητικών αποκατάσταση, επίχριση τόρμων στα ακρόβαθρα. των αποφλοιώσεων και πλήρωση των ρωγμών. Μέτριες Εκτενείς Πλήρεις Μέτριου βαθμού ρωγμές (λόγω διάτμησης) και αποφλοιώσεις στα υποστυλώματα (χωρίς απώλεια της δομικής ευστάθειας), μετακινήσεις των ακροβάθρων (<5cm), εκτεταμένες ρωγμές και αποφλοιώσεις των διατμητικών τόρμων, ρηγμάτωση σε διατμητικούς τόρμους ή κοχλίες κάμψης σε στηρίξεις, αστοχία ράβδων σύνδεσης χωρίς ανατροπή, αστοχία κινητών εφεδράνων ή μέτρια καθίζηση του επιχώματος και της πλάκας πρόσβασης. Αστοχία υποστυλωμάτων χωρίς κατάρρευση, αστοχία σε διάτμηση (απώλεια της δομικής ευστάθειας), σημαντική παραμένουσα μετακίνηση στις στηρίξεις ή σημαντική καθίζηση του επιχώματος και της πλάκας πρόσβασης, κατακόρυφη μετακίνηση ακροβάθρων, διαφορική καθίζηση στις στηρίξεις, αστοχία διατμητικών τόρμων στα ακρόβαθρα. Κατάρρευση υποστυλωμάτων, απώλεια στηρίξεων και εφεδράνων, που μπορεί να οδηγήσει σε άμεση κατάρρευση του καταστρώματος, κλίση βάθρων εξαιτίας αστοχίας θεμελίωσης. Κλειστή τις πρώτες ημέρες για έλεγχο και υποστύλωση εφόσον απαιτείται. Μερικώς ανοιχτή στην κυκλοφορία κατά τη διάρκεια εργασιών. Κλειστή τις πρώτες ημέρες ή εβδομάδες για έλεγχο και υποστύλωση. Μερικώς ανοιχτή στην κυκλοφορία κατά τη διάρκεια εργασιών. Κλειστή κατά τη διάρκεια ανακατασκευής. Μερικώς κλειστή (π.χ. μια λωρίδα ανά κατεύθυνση) κατά την περίοδο των εργασιών αποκατάστασης. Ανοιχτή για τα οχήματα άμεσης επέμβασης. Μερικώς κλειστή (π.χ. μια λωρίδα ανά κατεύθυνση) κατά την περίοδο των εργασιών αποκατάστασης. Ανοιχτή για τα οχήματα άμεσης επέμβασης. Κλειστή κατά τη διάρκεια κατεδάφισης και καθαρισμού. Μερικώς κλειστή κατά τη διάρκεια ανακατασκευής. Αποστόλου Ευθύμιος 90

91 Πίνακας 30: Παράμετροι καμπυλών τρωτότητας για γέφυρες Ο/Σ (Basöz and Mander 1999) [60] Κατηγορία Επίπεδο βλάβης Μικρές Μέτριες Εκτενείς Αστοχία/ Κατάρρευση Διάμεσος τιμή της PGA με β tot =0,6 ΒR1-BR2 0,80 0,90 1,10 1,60 BR3 0,26 0,35 0,44 0,65 BR4 0,45 0,76 1,05 1,53 BR5 0,35 0,42 0,50 0,74 BR6 0,54 0,88 1,22 1,45 BR7 0,26 0,35 0,44 0,65 BR8 0,45 0,76 1,05 1,53 BR9 0,60 0,79 1,05 1,38 BR10 0,91 0,91 1,05 1,38 Σχήμα 41: Καμπύλες τρωτότητας για γέφυρες οδικού δικτύου κατηγορίας BR06 (Basöz and Mander 1999) [60] Αποστόλου Ευθύμιος 91

92 Σχήμα 42: Καμπύλες τρωτότητας για γέφυρες οδικού δικτύου κατηγορίας BR08 (Basöz and Mander 1999) [60] Κτιριακές Εγκαταστάσεις Λιμένα Για την περίπτωση των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος και φέρουσας τοιχοποιίας του λιμένα Θεσσαλονίκης, χρησιμοποιούνται οι καμπύλες τρωτότητας του Κάππου (2006) [24]. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται οι καμπύλες για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές Ο/Σ με τοιχοποιία πλήρωσης, μικρού και μεσαίου ύψους, και για δίδυμο σύστημα με τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους. Παράλληλα γίνεται χρήση των καμπυλών τρωτότητας για κατασκευές άοπλης τοιχοποιίας μεγάλου ύψους. Οι καμπύλες αυτές θεωρούνται ότι ταιριάζουν καλύτερα στον τύπο των κτιρίων του λιμένα. Για τις μεταλλικές κατασκευές, γίνεται χρήση των καμπυλών τρωτότητας του HAZUS [30], για μεταλλικές κατασκευές με άοπλη τοιχοποιία μικρού ύψους. Στη συνέχεια δίνονται τα επίπεδα βλάβης για κάθε τύπο κτιρίου, οι χαρακτηριστικές τιμές και η μορφή των καμπύλων τρωτότητας κτιριακών εγκαταστάσεων (πίνακες 31 έως 38 και σχήματα 43 έως 47). Αποστόλου Ευθύμιος 92

93 Πίνακας 31: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κτίρια Ο/Σ (Κάππος 2006) [24] Επίπεδο βλάβης Ελαφριά Μέτρια Σημαντική Πολύ βαριά Κατάρρευση Σχόλια Τοπικοί αποχωρισμοί τοιχοποιιών ή άλλων στοιχείων πλήρωσης από το περιβάλλον πλαίσιο, οι οποίοι αποκαθίστανται με επανεπίχριση και βαφή. Γενικός αποχωρισμός τοιχοποιιών ή άλλων στοιχείων πλήρωσης, ελάχιστες βλάβες (χιαστί ρηγματώσεις) στοιχείων πλήρωσης, απουσία βλαβών στο φέροντα οργανισμό. Ρηγματώσεις σε στοιχεία πλήρωσης χωρίς όμως να απαιτείται ανακατασκευή τους. Επισκευή των στοιχείων πλήρωσης με τοπικές επεμβάσεις (τοποθέτηση τοπικού πλέγματος*, επανεπίχριση και βαφή). Ρηγματώσεις σε στοιχεία του φέροντος οργανισμού τριχοειδούς χαρακτήρα οι οποίες επισκευάζονται με ρητινενέσεις, οπλισμένα πολυμερή ή τοπικούς μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα. Σοβαρές βλάβες σε στοιχεία πλήρωσης, περιλαμβανομένων και καταρρεύσεων. Απαιτείται ανακατασκευή στις περισσότερες περιπτώσεις. Σοβαρές βλάβες σε φέροντα στοιχεία, οι οποίες περιλαμβάνουν αποφλοιώσεις διατομών, παραμορφώσεις οπλισμών, άνοιγμα συνδετήρων ή διακοπή συνέχειας συνδετήρων, εξολκεύσεις οπλισμών. Πολύ σοβαρές γενικευμένες βλάβες σε στοιχεία πλήρωσης τα περισσότερα των οποίων έχουν καταρρεύσει. Πολύ σοβαρές βλάβες στο φέροντα οργανισμό, σε μεγάλη έκταση. Σοβαρές μόνιμες πλευρικές μετακινήσεις, ενδεχόμενης δημιουργίας κινηματικού μηχανισμού ορόφου. Το κτίριο δεν είναι ευσταθές, είναι επικίνδυνο για την ασφάλεια των διερχόμενων, απαιτείται καθαίρεση και ανακατασκευή. Σε ψαθυρά κτίρια (ενδεχομένως όμως και σε ορισμένα πλάστιμα) η οιονεί κατάρρευση που περιγράφηκε παραπάνω μετατρέπεται σε πραγματική κατάρρευση. Αποστόλου Ευθύμιος 93

94 Πίνακας 32: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κτίρια φέρουσας τοιχοποιίας (Κάππος 2006) [24] Επίπεδο βλάβης Ελαφριά Μέτρια Σημαντική Κατάρρευση Σχόλια Τοπικοί αποχωρισμοί τοιχοποιιών (μη φερουσών) ή άλλων στοιχείων πλήρωσης από το περιβάλλον φέρον σύστημα (φέρουσες τοιχοποιίες), οι οποίοι αποκαθίστανται με επανεπίχριση και βαφή. Σοβαρή βλάβη των κατά κανόνα πιο λεπτών τοιχοποιιών πλήρωσης, ρηγμάτωση των φερουσών τοιχοποιιών χωρίς αποδόμηση της πλέξης τους. Απαίτηση επισκευής με πλέγματα ή/και με μανδύες οπλισμένου οπλισμένο σκυρόδεμα. Οιονεί κατάρρευση των τοιχοποιιών πλήρωσης, σοβαρή ρηγμάτωση φερουσών τοιχοποιιών, διακοπή συνέχειας δομικών στοιχείων, σχετικές ολισθήσεις κατά μήκος διατμητικών ρηγμάτων, αποδόμηση πλέξης τοιχοποιιών. Απαιτείται σοβαρή και εκτεταμένη επέμβαση με τοπικές ανακατασκευές, ενισχύσεις με μεταλλικά στοιχεία και οπλισμένο σκυρόδεμα. Πολύ σοβαρές και εκτεταμένες βλάβες στην τοιχοποιία, σοβαρές μετακινήσεις και αποδομήσεις σύνθετων πεσσών. Η έκταση και ένταση των βλαβών είναι τέτοια ώστε να απαιτείται σοβαρή επισκευή ή και πλήρης ανακατασκευή. Πίνακας 33: Περιγραφή επιπέδων βλάβης για κτίρια δομικού χάλυβα (HAZUS) [30] Επίπεδο βλάβης Ελαφριά Μέτρια Σημαντική Κατάρρευση Σχόλια Τοπικοί αποχωρισμοί τοιχοποιιών ή άλλων στοιχείων πλήρωσης από το περιβάλλον μεταλλικό πλαίσιο, μερική διαρροή ράβδων δικτυώματος, τριχοειδής ρηγματώσεις σε συγκολλητές συνδέσεις. Γενικός αποχωρισμός τοιχοποιιών, ελάχιστες βλάβες (χιαστί ρηγματώσεις) στοιχείων πλήρωσης, λυρισμός ράβδων χιαστί συνδέσμων, προχωρημένη ρηγμάτωση σε κάποιες συγκολλητές συνδέσεις. Σοβαρές βλάβες σε στοιχεία πλήρωσης, περιλαμβανομένων και καταρρεύσεων. Σημαντικές μόνιμες πλευρικές μετακινήσεις, μερική ή και πλήρης αστοχία μερικών κόμβων του συστήματος χωρίς όμως αυτό να συνοδεύεται από κίνδυνο δημιουργίας κινηματικού μηχανισμού. Πολύ σοβαρές γενικευμένες βλάβες σε στοιχεία πλήρωσης τα περισσότερα των οποίων έχουν καταρρεύσει. Πολύ σοβαρές βλάβες στο φέροντα οργανισμό, σε μεγάλη έκταση. Σοβαρές μόνιμες πλευρικές μετακινήσεις, ενδεχόμενης δημιουργίας κινηματικού μηχανισμού. Το κτίριο δεν είναι ευσταθές, είναι επικίνδυνο για την ασφάλεια των διερχόμενων, απαιτείται καθαίρεση και ανακατασκευή. Ένα μεγάλο ποσοστό του όγκου του κτιρίου πιθανώς να έχει υποστεί πραγματική κατάρρευση. Αποστόλου Ευθύμιος 94

95 Πίνακας 34: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για μεταλλικές κατασκευές με άοπλη τοιχοποιία μικρού ύψους (1-2 όροφοι) (HAZUS) [30] Επίπεδο βλάβης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέση Τιμή (g) β Ασήμαντες βλάβες 0,054 0,720 Ελαφριές Βλάβες 0,171 0,720 Μέτριες βλάβες 0,204 0,720 Εκτεταμένες βλάβες 0,239 0,720 Καθολικές βλάβες 0,449 0,720 Σχήμα 43: Καμπύλες τρωτότητας για μεταλλικές κατασκευές με άοπλη τοιχοποιία μικρού ύψους (1-2 όροφοι) (HAZUS) [30] Αποστόλου Ευθύμιος 95

96 Πίνακας 35: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για κατασκευές από άοπλη τοιχοποιία μεγάλου ύψους (3 όροφοι και άνω) (Κάππος 2006) [24] Επίπεδο βλάβης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέση Τιμή (g) β Ασήμαντες βλάβες 0,054 0,765 Ελαφριές Βλάβες 0,171 0,765 Μέτριες βλάβες 0,261 0,765 Εκτεταμένες βλάβες 0,376 0,765 Καθολικές βλάβες 0,449 0,720 Σχήμα 44: Καμπύλες τρωτότητας για κατασκευές από άοπλη τοιχοποιία μεγάλου ύψους (3 όροφοι και άνω) (Κάππος 2006) [24] Αποστόλου Ευθύμιος 96

97 Πίνακας 36: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) [24] Επίπεδο βλάβης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέση Τιμή (g) β Ασήμαντες βλάβες 0,054 0,733 Ελαφριές Βλάβες 0,170 0,733 Μέτριες βλάβες 0,261 0,733 Εκτεταμένες βλάβες 0,564 0,733 Καθολικές βλάβες 1,114 0,733 Σχήμα 45: Καμπύλες τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) [24] Αποστόλου Ευθύμιος 97

98 Πίνακας 37: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μεσαίου ύψους (4-7 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) [24] Επίπεδο βλάβης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέση Τιμή (g) β Ασήμαντες βλάβες 0,046 0,651 Ελαφριές Βλάβες 0,144 0,651 Μέτριες βλάβες 0,228 0,651 Εκτεταμένες βλάβες 0,439 0,651 Καθολικές βλάβες 1,100 0,651 Σχήμα 46: Καμπύλες τρωτότητας για αμιγώς πλαισιακές κατασκευές από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μεσαίου ύψους (4-7 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) [24] Αποστόλου Ευθύμιος 98

99 Πίνακας 38: Παράμετροι σχέσεων τρωτότητας για δίδυμο σύστημα κατασκευών από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) [24] Επίπεδο βλάβης Μέγιστη Εδαφική Επιτάχυνση (PGA) Μέση Τιμή (g) β Ασήμαντες βλάβες 0,057 0,765 Ελαφριές Βλάβες 0,209 0,765 Μέτριες βλάβες 0,392 0,765 Εκτεταμένες βλάβες 0,646 0,765 Καθολικές βλάβες 1,074 0,765 Σχήμα 47: Καμπύλες τρωτότητας για δίδυμο σύστημα κατασκευών από Ο/Σ και τοιχοποιία πλήρωσης μικρού ύψους (1-3 όροφοι) και χαμηλού επιπέδου αντισεισμικού κανονισμού (Κάππος 2006) [24] Αποστόλου Ευθύμιος 99

100 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ SYNER-G ΚΑΙ Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΣΤΟΝ ΛΙΜΕΝΑ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ 5.1 Γενικά Το SYNER-G ( είναι ένα τρέχον ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα που εστιάζει στη συστηματική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικής διακινδύνευσης των κτιριακών εγκαταστάσεων, των γραμμών ζωής και των υποδομών μιας κοινωνίας. Η γενική ευπάθεια των υποδομών αυτών και ο μεγάλος αντίκτυπος που έχουν τα αποτελέσματα ενός σεισμικού σεναρίου σε μια κοινωνία δεν έχουν εξεταστεί μέχρι τώρα με μια σύγχρονη και ολοκληρωμένη προσέγγιση για όλα τα είδη συστημάτων. Κυριότεροι στόχοι του προγράμματος είναι: Να προτείνει κατάλληλες σχέσεις τρωτότητας για την ανάλυση της σεισμικής διακινδύνευσης όλων των εκτιθέμενων σε σεισμικό κίνδυνο στοιχείων και υποδομών σε ευρωπαϊκό επίπεδο Η ανάπτυξη μεθόδων για την αποτίμηση των κοινωνικών και οικονομικών απωλειών και δυσλειτουργιών εξαιτίας σεισμικών βλαβών σε δίκτυα και υποδομές. Η ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας και εργαλείων για τη συστηματική αποτίμηση και αξιολόγηση της τρωτότητας και διακινδύνευσης των υποδομών που εκτίθενται στο σεισμικό κίνδυνο, λαμβάνοντας υπόψη και την αλληλεπίδραση μεταξύ των συστημάτων και των υποδομών Ο έλεγχος της αξιοπιστίας της προτεινόμενης μεθοδολογίας και των σχέσεων τρωτότητας σε επιλεγμένες περιοχές και δίκτυα κοινής ωφέλειας. Βασικό παραδοτέο του SYNER-G είναι ένα εργαλείο λογισμικού ανοιχτού κώδικα για την ανάλυση τρωτότητας επιμέρους στοιχείων, την αποτίμηση απωλειών και λειτουργικότητας των συστημάτων (π.χ. κτίρια, οδικό, ηλεκτρικής ενέργειας, ύδρευσης, λιμένας κτλ), συνυπολογίζοντας τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ υποδομών, καθώς και τις κοινωνικοοικονομικές απώλειες. 5.2 Μεθοδολογία και Κώδικας Ανάλυσης του SYNER-G Στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος SYNER-G, αναπτύσσεται μια μεθοδολογία που κύριο στόχο έχει την συστηματική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικής διακινδύνευσης των κτιριακών εγκαταστάσεων, των γραμμών ζωής και των υποδομών μιας κοινωνίας. Παράλληλα, λαμβάνονται υπόψη, σε αστική ή και ευρύτερη κλίμακα, τόσο οι άμεσες όσο και οι έμμεσες κοινωνικές απώλειες της εκδήλωσης ενός σεισμικού γεγονότος. Πιο συγκεκριμένα, η μεθοδολογία, προκειμένου να καθοριστούν οι άμεσες κοινωνικές απώλειες, λαμβάνει υπόψη την πιθανολογική διαμόρφωση του σεισμικού κινδύνου, καθώς επίσης και την τρωτότητα των υποδομών αλλά και των αλληλεπιδράσεων που εμφανίζονται Αποστόλου Ευθύμιος 100

101 μεταξύ των συστημάτων και των γραμμών ζωής. Στη συνολική μεθοδολογία, μέσω κατάλληλης ανάλυσης, λαμβάνονται υπόψη και οι έμμεσοι κοινωνικοοικονομικοί παράγοντες. Στο σχήμα 48 δίνεται σε γενικές γραμμές η μεθοδολογία που περιγράφεται παραπάνω. Παράλληλα, παρουσιάζονται οι κύριες κατηγορίες που καθορίζονται για να διαμορφώσουν το πρόβλημα της αξιολόγησης της γενικής ευπάθειας και του σεισμικού κινδύνου των υποδομών. Όπως φαίνεται, οι υποδομές αυτές διακρίνονται σε κτιριακές εγκαταστάσεις και σε δίκτυα κοινής ωφέλειας. Οι κατηγορίες απεικονίζονται με ορθογώνια, ενώ κάποια σύνολα κατηγοριών συνοψίζονται σε μία κατηγορία (ορθογώνια με στρογγυλεμένες άκρες). Οι γραμμές που συνδέουν τα ορθογώνια δείχνουν μια σχέση μεταξύ των κατηγοριών. Σημειώνεται πως οι κατηγορίες αυτές περιέχουν και σχέσεις τρωτότητας και τα επίπεδα βλάβης, ώστε να είναι δυνατή η αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης. Σχήμα 48: Διάγραμμα των κατηγοριών που καθορίζονται για την συστηματική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικού κινδύνου των υποδομών μιας κοινωνίας [27] Το σχήμα 49(α) εστιάζει σε συγκεκριμένες υποδομές μιας κοινωνίας, και ειδικότερα στο δίκτυο ύδρευσης (WSS) και στο δίκτυο παροχής ηλεκτρικής ενέργειας (EPN), όπου διακρίνονται τα στοιχεία από τα οποία αποτελείται κάθε δίκτυο. Στο σχήμα 49(β) παρουσιάζεται ένα απλό παράδειγμα των υποδομών μιας πόλης, αποτελούμενο από τρία συστήματα, για το οποίο γίνεται εκτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης. Το πρώτο σύστημα είναι το δίκτυο ηλεκτροδότησης (EPN) και αποτελείται από τρία επιμέρους στοιχεία. Για την Αποστόλου Ευθύμιος 101

102 πηγή ηλεκτρικής ενέργειας και τον υποσταθμό λαμβάνονται σχέσεις τρωτότητας, ενώ για το γραμμικό στοιχείο που αποτελεί τις εναέριες γραμμές του δικτύου, δεν εξετάζεται η τρωτότητα λόγω σεισμού. Το δεύτερο σύστημα αντιπροσωπεύει το δίκτυο ύδρευσης, όπου τρωτό σημείο αποτελούν οι σωληνώσεις και τέλος, το τρίτο σύστημα αποτελεί την αστική περιοχή για την οποία γίνεται η μελέτη σεισμικής διακινδύνευσης. [27] Παράλληλα, λαμβάνονται υπόψη και οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστημάτων αυτών. Όπως φαίνεται, το αντλιοστάσιο του δικτύου ύδρευσης συνδέεται με τον υποσταθμό του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας για την ηλεκτροδότησή του, ενώ και τα δύο συστήματα συνδέονται με το τρίτο σύστημα της αστικής περιοχής, για την εξυπηρέτηση των αναγκών του πληθυσμού. Σχήμα 49: Διάγραμμα για την συστημική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικού κινδύνου του δικτύου ύδρευσης και παροχής ηλεκτρικής ενέργειας [27] Αποστόλου Ευθύμιος 102

103 5.3 Εφαρμογή στο Λιμένα Θεσσαλονίκης Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται εφαρμογή του προγράμματος ανάλυσης της συστημικής τρωτότητας που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του ερευνητικού έργου SYNER-G ( ) στο λιμάνι της πόλης της Θεσσαλονίκης. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται φύλλα εργασίας excel στα οποία εισάγονται τα δεδομένα και ορίζονται οι επιμέρους παράμετροι ανάλυσης. Στη συνέχεια, μέσω του προγράμματος Mat Lab και του αντίστοιχου κώδικα ανάλυσης, παράγονται σεισμικά σενάρια από κατάλληλες πηγές και υπολογίζονται οι αναμενόμενες απώλειες σε όρους απώλειας λειτουργικότητας λόγω των πιθανών βλαβών σε γερανογέφυρες και κρηπιδότοιχους, καθώς και στην παροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα, εξετάζεται η επιρροή που έχουν στα αποτελέσματα διαφορετικές παράμετροι της ανάλυσης. Το λιμενικό σύστημα αποτελείται από υποδομές (τερματικοί σταθμοί, αποβάθρες και κρηπιδώματα) οι οποίες με τη σειρά τους περιλαμβάνουν τους γερανούς και τις προκυμαίες. Οι υποδομές έχουν μια λογική ιεραρχία (κάθε τερματικός σταθμός περιλαμβάνει μια ή περισσότερες αποβάθρες, οι οποίες αποτελούνται από ένα ή περισσότερα κρηπιδώματα). Γερανοί και προκυμαίες ανήκουν σε μια συγκεκριμένη αποβάθρα και έναν τερματικό σταθμό. Οι πληροφορίες αυτές εισάγονται από το χρήστη. Η θέση και η διαμόρφωση των κρηπιδωμάτων ορίζονται αυτόματα από το λογισμικό. Οι κύριες κατηγορίες στις οποίες υπάγονται τα στοιχεία του λιμένα είναι οι εξής (σχήμα 50): HRB: αποτελεί το κύριο δίκτυο για το οποίο γίνεται η μελέτη της σεισμικής διακινδύνευσης HRBnode: οι κόμβοι του δικτύου που αποτελούν τους γερανούς φορτοεκφόρτωσης HRBside: τα γραμμικά στοιχεία που περιλαμβάνουν τις προκυμαίες HRBstructure: υποδομές του λιμένα (τερματικοί σταθμοί, αποβάθρες και κρηπιδώματα) [17] Παράλληλα, η μελέτη της αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης για το λιμάνι περιλαμβάνει και την επιρροή του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας του λιμένα (EPNnode) και του οδικού δικτύου εντός του λιμένα (RDNnode). Αποστόλου Ευθύμιος 103

104 Σχήμα 50: Διάγραμμα για την συστημική σεισμική ανάλυση τρωτότητας και σεισμικής διακινδύνευσης του λιμένα [27] 5.4 Μέθοδοι Αναλύσεων, Φύλλα Εισαγωγής Δεδομένων και Παράμετροι Ανάλυσης Χρησιμοποιούμενες Μέθοδοι Αναλύσεων Μέθοδος Monte Carlo Η μέθοδος Monte Carlo πρωτοπαρουσιάστηκε από τους S. Ulam και Nicholas Metropolis στο τέλος του δευτέρου παγκοσμίου πολέμου [28]. Η βασική ιδέα της μεθόδου είναι ότι μπορούμε να αντικαταστήσουμε ένα ντετερμινιστικό πρόβλημα με ένα πιο απλό πιθανοκρατικό. Η ανάλυση προαπαιτεί την παραγωγή τυχαίων αριθμών. Όσο πιο «τυχαίοι» είναι αυτοί οι αριθμοί, τόσο καλύτερα πιο κοντά στην πραγματικότητα είναι και τα αποτελέσματα της ανάλυσης. Στην προκειμένη περίπτωση, οι αριθμοί αυτοί ορίζονται πριν την έναρξη της ανάλυσης και δηλώνουν τον αριθμό των σεισμικών γεγονότων που θα ληφθούν υπόψη στην ανάλυση. (βήματα ανάλυσης) Η πρώτη μεγάλης κλίμακας εφαρμογή Monte Carlo προσομοιώσεων σε υπολογιστή έγινε το 1953 στο Los Alamos από τους Metropolis, Rosenbluth, Teller και Teller. [29] Αν και η τεχνολογία των υπολογιστών έχει προχωρήσει σε ασύλληπτα επίπεδα από τότε, οι βασικές αρχές της εφαρμογής της μεθόδου δεν έχουν αλλάξει και πολύ. Στα χρόνια μας η μέθοδος βρίσκει εφαρμογή οπουδήποτε προκύπτει ο σκόπελος της εκθετικής υπολογιστικής πολυπλοκότητας και το υπό ανάλυση μοντέλο υπάγεται σε διαδικασίες κανονικής κατανομής και αναλύσεις με τυχαίους αριθμούς. Με σχετικά ολιγάριθμους υπολογισμούς (εφαρμογές της μεθόδου Monte Carlo) λαμβάνονται αποτελέσματα ανάλυσης που βρίσκονται εξαιρετικά κοντά στο πραγματικό. Όσο μεγαλύτερος ο αριθμός των τυχαίων πειραμάτων Monte Carlo, τόσο περισσότερο αυθεντικό είναι και το αποτέλεσμα. Συνεπώς, αναζητείται, κατά την ανάλυση, ένας συγκερασμός Αποστόλου Ευθύμιος 104

105 μεταξύ του αριθμού των πειραμάτων και της προσδοκώμενης ακρίβειας. Οι μέθοδοι αυτές χρησιμοποιούνται ευρέως στα μαθηματικά. Μια κλασική χρήση είναι για την αξιολόγηση των ολοκληρωμάτων, ιδιαίτερα των πολυδιάστατων ολοκληρωμάτων με περίπλοκες οριακές συνθήκες. Είναι ευρέως επιτυχείς μέθοδοι ανάλυσης κινδύνου σε σύγκριση με εναλλακτικές μεθόδους ή την ανθρώπινη διαίσθηση. Οι προσομοιώσεις Monte Carlo έχουν εφαρμοστεί για την εξερεύνηση και εκμετάλλευση του πετρελαίου, την πραγματική παρατήρηση βλαβών, και για τις υπερβάσεις κόστους και χρονοδιαγράμματος όπου είναι συνήθως καλύτερες από την προβλεπόμενη, που βασίζεται καθαρά στην ανθρώπινη διαίσθηση. [12] Μέθοδος Importance Sampling (ISS) Η μέθοδος ISS είναι μια τεχνική ανάλογη της μεθόδου Monte Carlo. Η ιδέα πίσω από τη μέθοδο είναι ότι ορισμένες τιμές των τυχαίων μεταβλητών εισαγωγής σε μια προσομοίωση ασκούν περισσότερη επίδραση στην παράμετρο που υπολογίζεται από άλλες. Εάν αυτές οι «σημαντικές» τιμές υπογραμμίζονται από τη δειγματοληψία συχνότερα, κατόπιν η διαφορά εκτιμητών μπορεί να μειωθεί. Ως εκ τούτου, η βασική μεθοδολογία στη μέθοδο ISS πρόκειται να επιλέξει μια διανομή που «ενθαρρύνει» τις σημαντικές τιμές. Αυτή η χρήση των «προκατειλημμένων» διανομών θα οδηγήσει σε έναν προκατειλημμένο εκτιμητή εάν εφαρμόζεται άμεσα στην προσομοίωση. Εντούτοις, τα αποτελέσματα προσομοίωσης είναι σταθμισμένα για να διορθώσουν για τη χρήση της προκατειλημμένης διανομής, και αυτό εξασφαλίζει ότι ο νέος εκτιμητής δειγματοληψίας σημασίας είναι αμερόληπτος. Το θεμελιώδες ζήτημα στην εφαρμογή της προσομοίωσης ISS είναι η επιλογή της προκατειλημμένης διανομής που ενθαρρύνει τις σημαντικές περιοχές των μεταβλητών εισαγωγής. Η επιλογή ή ο σχεδιασμός μιας καλής προκατειλημμένης διανομής είναι η «τέχνη» της δειγματοληψίας. Η ανταμοιβή για μια καλή διανομή μπορεί να είναι τεράστια αποταμίευση χρόνου εκτέλεσης, ενώ η ποινή για μια κακή διανομή μπορεί να είναι πιο μακροχρόνιοι χρόνοι εκτέλεσης από ότι μια γενική προσομοίωση Monte Carlo χωρίς τη χρήση της ISS [13]. Στην ανάλυση που πραγματοποιείται για το λιμένα Θεσσαλονίκης, πραγματοποιούνται επιμέρους αναλύσεις, τόσο με τη μέθοδο Monte Carlo, όσο και με την ISS. Στο σχήμα 51 δίνεται το φύλλο εργασίας Excel στο οποίο επιλέγεται η μέθοδος που θα χρησιμοποιηθεί, ο αριθμός των βημάτων που θα πραγματοποιηθούν για κάθε μέθοδο (που στην περίπτωση αυτή μεταφράζονται σε αριθμό σεισμικών σεναρίων που θα ληφθούν υπόψη), και ο αριθμός των ομαδοποιήσεων που θα πραγματοποιηθούν κατά τη μέθοδο ISS, για τη λήψη των μεταβλητών από τις σημαντικές περιοχές, όπως περιγράφεται και παραπάνω. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, γίνεται επιλογή της μεθόδου Monte Carlo με αριθμό βημάτων 50. Αποστόλου Ευθύμιος 105

106 Σχήμα 51: Επιλογή της μεθόδου ανάλυσης και του αριθμού των βημάτων Φύλλο Εισαγωγής Δεδομένων Σεισμικής Επικινδυνότητας Στο φύλλο αυτό εισάγονται οι εξής παράμετροι: - Σχέση Εξασθένισης - Παράμετρος Σεισμικής Επικινδυνότητας - Πηγές Γένεσης Σεισμικών Σεναρίων - Συντελεστές Ενίσχυσης Εδάφους Βάσει Κανονιστικής Διάταξης Σχέση Εξασθένισης και Παράμετρος Σεισμικής Επικινδυνότητας Οι σχέσεις εξασθένισης, ή ορθότερα σχέσεις εκτίμησης της εδαφικής κίνησης, είναι εμπειρικές σχέσεις που προκύπτουν από τη στατιστική επεξεργασία καταγραφών της ισχυρής εδαφικής κίνησης, δηλαδή των επιταχυνσιογραφημάτων. Εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό τόσο από την ομοιογένεια όσο και την πληρότητα του δείγματος των καταγραφών, από το είδος της σεισμικής κίνησης και από τις τοπικές εδαφικές συνθήκες. Πολλές σχέσεις εξασθένισης προήλθαν από τοπικά δίκτυα και έχουν ικανοποιητικές πληροφορίες για συγκεκριμένες γεωγραφικές περιοχές, συμπεριλαμβανομένων ευρωπαϊκών σχέσεων εξασθένισης ή της Μέσης Ανατολής όπως Ambraseys et al. (2005) [61], [62] και Akkar and Bommer (2010) [63]. Στην εφαρμογή για το λιμάνι χρησιμοποιείται η σχέση εξασθένισης Akkar and Bommer (2010) [63], η οποία δίνεται από την εξίσωση: log y b1 b2 M b3 M ( b4 b5 M)log Rjb b6 b7 Ss b8 SA b9 FN b10 FR όπου η παράμετρος y δίνεται σε cm/sec 2, b 1 = , b 2 = , b 3 = , b 4 = , b 5 = , b 6 = , b 7 = , b 8 = , b 9 = , b 10 = και Μ το μέγεθος του σεισμού Ανάλογα με την κατηγορία του εδάφους, προκύπτει -Μαλακό έδαφος: S S =1, S A =0 -Δύσκαμπτο έδαφος: S S =0, S A =1 -Βραχώδες έδαφος: S S =0, S A =0 Αποστόλου Ευθύμιος 106

107 Ανάλογα με τον τύπο του ρήγματος, προκύπτει -Κανονικό ρήγμα: F N =1, F R =0 -Ανάστροφο ρήγμα: F N =0, F R =1 -Διατμητικού τύπου ρήγμα: F N =0, F R =0 Οι παράμετροι σεισμικής επικινδυνότητας ενδέχεται να είναι η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (PGA), η μέγιστη εδαφική ταχύτητα (PGV) και η μόνιμη εδαφική μετακίνηση (PGD). Η ευρύτατη χρήση της PGA στις σχέσεις εξασθένισης συνδέεται με την άμεση σχέση της με τις αδρανειακές δυνάμεις που φορτίζουν τις κτιριακές κατασκευές γενικά, αλλά και τις κατασκευές που συναντώνται στο λιμένα. Η χρησιμοποίηση καταγραφών της τιμής της γίνεται συνήθως σε βραχώδες έδαφος ή πολύ σκληρό υπόβαθρο, ώστε να απαλείφεται σε μεγάλο βαθμό η πολύπλοκη επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών στις σχέσεις εξασθένισης. Τέλος, η μέγιστη εδαφική ταχύτητα θεωρείται περισσότερο αξιόπιστη παράμετρος χαρακτηρισμού της εδαφικής κίνησης στις μεσαίες συχνότητες, ενώ η μόνιμη εδαφική μετακίνηση συνδέεται με τις χαμηλές συχνότητες του σεισμικού κραδασμού [5]. Στο σχήμα 52 διακρίνονται τα κελιά του φύλλου εργασίας excel, στα οποία εισάγεται η σχέση εξασθένισης και η κύρια παράμετρος σεισμικής επικινδυνότητας. Η πρώτη γραμμή περιέχει την ένδειξη της σχέσης εξασθένισης (GMPE) που χρησιμοποιείται (σε αυτήν την περίπτωση η μοναδική που εφαρμόζεται, δηλαδή Akkar και Bommer, (2010) [63], και την κύρια παράμετρο σεισμικής επικινδυνότητας, στην προκειμένη περίπτωση την PGA σε βράχο. Σημειώνεται πως το πρόγραμμα στην παρούσα φάση δεν δίνει την δυνατότητα επιπλέον σχέσεων εξασθένισης. Σχήμα 52: Καθορισμός της σχέσης εξασθένισης και της κύριας παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας ως δεδομένα στην ανάλυση Επιλογή Πηγών Γένεσης Σεισμικών Σεναρίων Τα σεισμικά σενάρια που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση πρέπει να είναι από περιοχές περί της ζώνης που μελετάται, ενώ πρέπει να είναι επαρκή σε αριθμό ώστε το δείγμα, άρα και τα αποτελέσματα να μπορούν να θεωρηθούν αξιόπιστα. Στην συγκεκριμένη ανάλυση, που η εξεταζόμενη περιοχή είναι ο λιμένας Θεσσαλονίκης, οι ζώνες πηγής σεισμικών σεναρίων επιλέγονται να είναι πέντε, οι οποίες καλύπτουν τον νομό Θεσσαλονίκης, αλλά και ένα Αποστόλου Ευθύμιος 107

108 σημαντικό γεωγραφικό χώρο περί του νομού (Κοζάνη, Βόλβη, Σέρρες, Πτολεμαΐδα, Άθως), και καλύπτουν την σεισμικότητα της ευρύτερης περιοχής (σχήμα 53). Σημειώνεται πως η σεισμικότητα των περιοχών αυτών προσδιορίζεται με τη σχέση των Gutenberg and Richter (1944) [64]: log N = a b M, όπου: Ν ο μέσος ετήσιος αριθμός σεισμών μεγέθους μεγαλύτερου ενός μεγέθους Μ 10 a ο μέσος ετήσιος αριθμός σεισμών μεγαλύτερων ή ίσων προς το μηδέν, δηλαδή ο ετήσιος αριθμός όλων των σεισμών ανεξαρτήτως μεγέθους b η σταθερά που εκφράζει το ρυθμό μείωσης του λογαρίθμου του μέσου ετήσιου αριθμού Ν σεισμών, με την αύξηση του μεγέθους. [5] Ο νόμος Gutenberg and Richter μπορεί να γραφεί και με τη μορφή: N = 10 a bm = exp(α βμ) όπου α = 2,303a β = 2,303b Σχήμα 53: Απεικόνιση των τεσσάρων ζωνών πηγής σεισμικών σεναρίων κατά την ανάλυση Αποστόλου Ευθύμιος 108

109 Το σχήμα 54 δείχνει τα κελιά του φύλλου Excel που σχετίζονται με τις πηγές γένεσης σεισμικών σεναρίων. Συγκεκριμένα, η κίτρινη γραμμή διευκρινίζει τον αριθμό πηγών γένεσης σεισμικών σεναρίων που περιγράφουν την σεισμικότητα της περιοχής. Το σύνολο γραμμών που ακολουθεί δείχνει τις γεωγραφικές συντεταγμένες σημείων που ορίζουν την έκταση της κάθε πολυγώνου, που αποτελεί σεισμική πηγή. Για παράδειγμα, η πηγή 1 (Κοζάνη) είναι μια τοπική πηγή, με έξι σημεία που καθορίζουν ένα πολύγωνο, ένα χαμηλότερο και ανώτερο μέγεθος σεισμού 6 και 6,6 αντίστοιχα, α = 0, και β = 2,0033, όπου α, β οι σταθερές που εισάγονται στην σχέση Gutenberg and Richter (1944) [64]. Η τελευταία παράμετρος χαρακτηρίζει το μορφή του ρήγματος της περιοχής (1 για ακαθόριστο ρήγμα, 2 για διατμητικού τύπου ρήγμα, 3 για κανονικό ρήγμα και 4 για ανάστροφο ρήγμα). # source 5 INPUT FOR AREAFAULT MODEL 1 for unspecified, 2 for strike-slip fault, 3 for normal fault, 4 for source type # of points of polygon lower M upper M alpha beta mesh spacing (km) fault rake ( ) fault mechanism 6 6 6,6 0, , Zone 36: Kozani 39,698 22, , , , ,19 23,923 5,5 2, , , ,943 22, , , ,205 21, ,84 0,87 new alpha: alpha0*pr(>m_min) cumulative of Trunc-GR: pr(<m_min) 39,494 21,84 39,698 22,999 Σχήμα 54: Εισαγωγή μίας σεισμικής ζώνης και καθορισμός των γεωγραφικών χαρακτηριστικών και των γνωστών ρηγμάτων σε αυτή Συντελεστές Ενίσχυσης Εδάφους Βάσει Κανονιστικών Διατάξεων Γενικά, ένα φάσμα απόκρισης εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως ο μηχανισμός θραύσης του ρήγματος και απελευθέρωσης σεισμικής ενέργειας, το μέγεθος του σεισμικού κραδασμού, η επικεντρική απόσταση και το βάθος του υπόκεντρου, η γεωλογία της περιοχής και οι τοπικές εδαφικές συνθήκες. Μάλιστα, ο τελευταίος παράγοντας είναι ιδιαίτερα σημαντικός, καθώς έχουν παρατηρηθεί φάσματα πολύ διαφορετικής μορφής να εμφανίζονται από σεισμούς ίδιου μεγέθους και περίπου ίσων επικεντρικών αποστάσεων. Το πολύπλοκο φαινόμενο των τοπικών εδαφικών συνθηκών εισάγεται στα φάσματα μέσω των συντελεστών ενίσχυσης, που διαφοροποιούνται ανάλογα με το υποκείμενο έδαφος και τις κανονιστικές διατάξεις. Στην ανάλυση για το λιμένα Θεσσαλονίκης μελετώνται οι περιπτώσεις του Ευρωκώδικα 8 (EC08), μιας παραλλαγής του κανονισμού (EC08alt) και των κανονιστικών διατάξεων NEHRP (FEMA450) [14],[15],[16]. Η επίδραση του φαινομένου των τοπικών εδαφικών συνθηκών στην σεισμική κίνηση μπορεί να εκτιμηθεί με απλό τρόπο μέσω των συντελεστών ενίσχυσης. Παράλληλα, είναι αρκετά εύκολη η εφαρμογή τους σε οποιαδήποτε γεωγραφική περιοχή. Το μοναδικό ίσως πρόβλημα είναι η μη καταλληλότητα σε περιπτώσεις περιοχών με πιο σύνθετα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά, όπου εμφανίζονται μη γραμμικά φαινόμενα, καθώς και σε ρευστοποιήσιμα εδάφη, όπου οι κανονισμοί συνήθως απαιτούν εκτενέστερη έρευνα. Αποστόλου Ευθύμιος 109

110 Στους πίνακες, 39 έως 41 δίνονται οι κατηγοριοποιήσεις των εδαφικών υποβάθρων για τις τρεις εξεταζόμενες περιπτώσεις, καθώς και οι αντίστοιχοι προτεινόμενοι συντελεστές ενίσχυσης. Στα σχήματα 55 και 56 γίνεται η σύγκριση των συντελεστών ενίσχυσης των φασμάτων επιτάχυνσης για τις τρεις κανονιστικές διατάξεις, ενώ στον πίνακα 42 γίνεται η σύγκριση των τιμών τους μεταξύ του Ευρωκώδικα 8 και μιας πρόσφατης πρότασης αναβάθμισης του κανονισμού (EC08alt). Πίνακας 39: Κατηγοριοποίηση των τύπων του εδάφους βάσει Ευρωκώδικα 8 [14] Αποστόλου Ευθύμιος 110

111 Πίνακας 40: Κατηγοριοποίηση των τύπων του εδάφους βάσει NEHRP (FEMA450) [14] Πίνακας 41: Κατηγοριοποίηση των τύπων του εδάφους βάσει EC08alt [15], [16] Soil Class Description T 0 (sec) Remarks A1 Rock formations Vs 1500 m/s A2 Slightly weathered / segmented rock formations (thickness of weathered layer <5.0m) 0.2 Surface weathered layer: Vs 200 m/sec Rock Formations: Vs 800 m/sec Geologic formations resembling rock formations in their mechanical properties and their composition (e.g. conglomerates) Vs 800 m/sec Highly weathered rock formations whose weathered layer has a considerable thickness (5.0m m) Weathered layer: Vs 300 m/sec B1 Soft rock formations of great thickness or formations which resemble these in their mechanical properties (e.g. stiff marls) 0.5 Vs: m/sec N-SPT > 50, Su> 200 KPa Soil formations of very dense sand sand gravel and/or very stiff/ to hard clay, of homogenous nature and small thickness (up to 30.0m) Vs: m/sec N-SPT > 50, Su> 200 KPa Αποστόλου Ευθύμιος 111

112 B2 Soil formations of very dense sand sand gravel and/or very stiff/ to hard clay, of homogenous nature and medium thickness ( m), whose mechanical properties increase with depth 0.8 Vs: m/sec N-SPT > 50, Su > 200 KPa C1 Soil formations of dense to very dense sand sand gravel and/or stiff to very stiff clay, of great thickness (> 60.0m), whose mechanical properties and strength are constant and/or increase with depth 1.5 Vs: m/sec N -SPT> 50, Su > 200 KPa C2 Soil formations of medium dense sand sand gravel and/or medium stiffness clay (PI > 15, fines percentage > 30%) of medium thickness ( m) 1.5 Vs: m/sec N -SPT> 20, Su > 70 KPa C3 Category C2 soil formations of great thickness (>60.0 m), homogenous or stratified that are not interrupted by any other soil formation with a thickness of more than 5.0m and of lower strength and Vs velocity 1.8 Vs: m/sec N-SPT > 20, Su > 70 KPa D1 Recent soil deposits of substantial thickness (up to 60m), with the prevailing formations being soft clays of high plasticity index (PI>40), high water content and low values of strength parameters 2.0 Vs 300 m/sec N-SPT < 25, Su < 70KPa D2 Recent soil deposits of substantial thickness (up to 60m), with prevailing fairly loose sandy to sandy-silty formations with a substantial fines percentage (not to be considered susceptible to liquefaction) 2.0 Vs 300 m/sec N-SPT < 25 D3 Soil formations of great overall thickness (> 60.0m), interrupted by layers of category D1 or D2 soils of a small thickness (5 15m), up to the depth of ~40m, within soils (sandy and/or clayey, category C) of evidently greater strength, with Vs 300 m/sec 3.0 Vs: m/sec E Surface soil formations of small thickness (5-20m), small strength and stiffness, likely to be classified as category C and D according to its geotechnical properties, which overlie category Α formations (Vs 800 m/sec) 0.7 Surface soil layers: Vs 400 m/sec -Loose fine sandy-silty soils beneath the water table, susceptible to liquefaction (unless a special study proves no such danger, or if the soil s mechanical properties are improved). -Soils near obvious tectonic faults. X -Steep slopes covered with loose lateral deposits. -Loose granular or soft silty-clayey soils, provided they have been proven to be hazardous in terms of dynamic compaction or loss of strength. Recent loose landfills. -Soils with a very high percentage in organic material -Soils requiring site-specific evaluations Αποστόλου Ευθύμιος 112

113 Σχήμα 55: Σύγκριση συντελεστών ενίσχυσης φασμάτων επιτάχυνσης για α) EC08 και β) NEHRP κανονικοποιημένα ως προς το βραχώδες υπόβαθρο [14] Σχήμα 56: Σύγκριση συντελεστών ενίσχυσης φασμάτων επιτάχυνσης για EC08alt α) για τύπο φάσματος 2 (Μ<5.5) και β) για τύπο φάσματος 1 (Μ>5.5) κανονικοποιημένα ως προς το βραχώδες υπόβαθρο [15], [16] Αποστόλου Ευθύμιος 113

114 Πίνακας 42: Πίνακας των τιμών των συντελεστών ενίσχυσης EC08alt και EC08 και NEHRP [15],[34] EC8 Soil Class Type 2 (Ms 5.5) Proposed in SHARE EC8 Type 1 (Ms>5.5) Proposed in SHARE EC8 B C D* E* *site specific ground response analysis is required Όπως φαίνεται στο σχήμα 57, στο φύλλο εργασίας του Excel εισάγεται η κανονιστική διάταξη για την λήψη των συντελεστών ενίσχυσης. Υπογραμμίζεται πως το πρόγραμμα δίνει τη δυνατότητα επιλογής συντελεστών ενίσχυσης διαφόρων κανονιστικών διατάξεων, αλλά στη συγκεκριμένη ανάλυση για το λιμένα Θεσσαλονίκης, γίνεται χρήση των τριών που προαναφέρθηκαν (EC08, EC08alt, NEHRP). Σχήμα 57: Εισαγωγή κανονιστικής διάταξης στην ανάλυση για τη λήψη συντελεστών ενίσχυσης εδαφικών σχηματισμών Αποστόλου Ευθύμιος 114

115 Παράλληλα, λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο της ρευστοποίησης με χρήση της μεθοδολογίας HAZUS [30] και είναι συνάρτηση της κατηγορίας επιδεκτικότητας (Very High, High, Moderate, Low, Very Low and None), της τιμής της PGA, του βάθους υπογείου ορίζοντα και του μεγέθους Μ. Στο λιμάνι θεωρείται περιοχή πολύ υψηλής επιδεκτικότητας, όπως προκύπτει και από άλλες μελέτες. Σημειώνεται, ότι η επιρροή της ρευστοποίησης είναι ιδιαίτερα σημαντική στην απόκριση των λιμενικών υποδομών. Όπως έχει περιγραφεί και στο κεφάλαιο 2, οι κρηπιδότοιχοι και γερανογέφυρες παρουσιάζουν ευαισθησία έναντι μόνιμων εδαφικών μετακινήσεων λόγω ρευστοποίησης Φύλλα Εισαγωγής Παραμέτρων Επιμέρους Στοιχείων Λιμένα Στο φύλλα αυτά δίνονται τα τοπολογικά, τεχνικά, λειτουργικά, γεωτεχνικά και λοιπά χαρακτηριστικά των επιμέρους στοιχείων του λιμανιού (γερανογέφυρες, κρηπιδότοιχοι, τερματικοί σταθμοί διακίνησης εμπορευματοκιβωτίων και φορτίων), καθώς και του δικτύου ηλεκτροδότησης (υποσταθμοί), του οδικού δικτύου και των κτιρίων εντός του λιμανιού. Παρακάτω περιγράφονται πιο αναλυτικά τα δεδομένα εισαγωγής στα αντίστοιχα φύλλα εργασίας Ταξινόμηση Λιμενικών Εγκαταστάσεων (Κρηπιδότοιχοι- Γερανοί) Όπως έχει ήδη αναφερθεί σε προηγούμενο κεφάλαιο, εντός του λιμένα Θεσσαλονίκης υπάρχουν τα παράκτια λιμενικά έργα και οι κρηπιδότοιχοι, ο εξοπλισμός φορτοεκφόρτωσης και οι λοιπές υποδομές, όπως οι κτιριακές εγκαταστάσεις και τα δίκτυα παρεχόμενων υπηρεσιών, όπως το δίκτυο ηλεκτροδότησης και το οδικό δίκτυο. Τα αναφερόμενα στοιχεία μελετώνται για την ανάλυση του λιμανιού της Θεσσαλονίκης. Τα χαρακτηριστικά τους έχουν περιγραφεί στο κεφάλαιο 3 της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο φύλλο εργασίας του σχήματος 58 παρατίθενται οι συντεταγμένες των κρηπιδότοιχων (γραμμικά στοιχεία με κόμβους αρχής και τέλους) και της θέσης των γερανών φορτοεκφόρτωσης (σημειακά στοιχεία). Παράλληλα, σημειώνονται και οι τιμές της ταχύτητας V S,30 για κάθε γεωγραφικό σημείο, η οποία είναι απαραίτητη για τον προσδιορισμό του τύπου εδάφους βάσει της κανονιστικής διάταξης που επιλέγεται ανά περίπτωση. Επιπλέον, στο σχήμα 59 παρατίθεται η γεωγραφική απεικόνιση των κρηπιδότοιχων και των γερανών, καθώς και του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας και των υποσταθμών διανομής. Αποστόλου Ευθύμιος 115

116 Σχήμα 58: Εισαγωγή των συντεταγμένων για τον γεωγραφικό καθορισμό των στοιχείων του λιμένα Σχήμα 59: Γεωγραφική απεικόνιση των κρηπιδότοιχων του λιμένα Θεσσαλονίκης, των γερανών και του δικτύου παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε αυτούς (υποσταθμοί διανομής και γραμμές) Αποστόλου Ευθύμιος 116

117 Τρωτότητα και Λειτουργικότητα Λιμενικών Εγκαταστάσεων (Κρηπιδότοιχοι Γερανοί) Ο ορισμός και οι καμπύλες τρωτότητας για κάθε στοιχείο του λιμένα που χρησιμοποιούνται στη ανάλυση της Θεσσαλονίκης έχουν αναφερθεί στο κεφάλαιο 4. Τόσο για τον εξοπλισμό φορτοεκφόρτωσης, όσο και για τις κτιριακές κατασκευές και τα δίκτυα που εξετάζονται (δίκτυο ηλεκτροδότησης και οδικό δίκτυο), έχει επιλεγεί μία περίπτωση καμπυλών από τη διεθνή βιβλιογραφία, η οποία παραμένει σταθερή σε όλες τις αναλύσεις. Αντίθετα, δύο διαφορετικοί συνδυασμοί καμπυλών τρωτότητας επιλέγονται για την περίπτωση των παράκτιων λιμενικών έργων. Στο φύλλο εργασίας δίνεται η εισαγωγή των διαφορετικών καμπυλών τρωτότητας, μέσω της κωδικοποιημένης επιλογής fragility 1 και fragility 2. Η πρώτη επιλογή σχετίζεται με τις καμπύλες Kakderi & Pitilakis (2010) [7], με παράμετρο τη μέγιστη εδαφική επιτάχυνση PGA στο βραχώδες υπόβαθρο και ταυτόχρονα τις καμπύλες HAZUS [30], με παράμετρο τη μόνιμη εδαφική μετακίνηση PGD, λαμβάνοντας κάθε φορά υπόψη τη δυσμενέστερη εκ των δύο περιπτώσεων. Η δεύτερη επιλογή περιλαμβάνει αποκλειστικά τις καμπύλες Ichii (2003) [48], που λαμβάνουν ως παράμετρο σεισμικής επικινδυνότητας την PGA στο βραχώδες υπόβαθρο, οι οποίες λαμβάνουν υπόψη τους την επίδραση εκδήλωσης φαινομένων ρευστοποίησης. Τέλος, δίνεται και η επιλογή της ανάλυσης με ή χωρίς τη λήψη της επιρροής του οδικού ή/και του δικτύου ηλεκτροδότησης του λιμένα Θεσσαλονίκης. Στο σχήμα 61 διακρίνεται η παράμετρος που θα χρησιμοποιηθεί στην ανάλυση και καθορίζεται από την επιλεγόμενη περίπτωση καμπυλών τρωτότητας. Η δεύτερη κωδικοποιημένη επιλογή ορίζει την λειτουργικότητα των παράκτιων λιμενικών έργων και των γερανών φορτοεκφόρτωσης ανάλογα με το βαθμό βλάβης που έχουν υποστεί κατά τη σεισμική δόνηση. Για την εκτίμηση της λειτουργικότητας και της απόδοσης του λιμένα, τίθενται οι ακόλουθοι κανόνες: - Το κρηπίδωμα θεωρείται λειτουργικό εάν παρουσιάζει χαμηλό επίπεδο βλαβών. Διαφορετικά θεωρείται μη-λειτουργικό. - Ο γερανός φορτοεκφόρτωσης θεωρείται λειτουργικός εάν παρουσιάζει χαμηλό επίπεδο βλάβης και υπάρχει παροχή ηλεκτρικής ενέργειας (από το δίκτυο ηλεκτροδότησης ή από εφεδρικό πηγή). - Η αποβάθρα θεωρείται λειτουργική εάν το κρηπίδωμα και τουλάχιστον ένας γερανός είναι λειτουργικοί, διαφορετικά ο δείκτης απόδοσης θεωρείται μηδενικός. Το μήκος αγκυροβολίων των σκαφών υπολογίζεται βασισμένο στο λειτουργικό βάθος της αποβάθρας, μέσω της ακόλουθης εξίσωσης: [35] - Draft (λειτουργικό βύθισμα) = -0,100+0,056LOA, for LOA<200m Αποστόλου Ευθύμιος 117

118 - Draft (λειτουργικό βύθισμα) = 7,668+0,018LOA, for LOA>200m Όπου draft = το βάθος της αποβάθρας, και LOA = μήκος αγκυροβολίων των σκαφών Σε κάθε αποβάθρα υπάρχει τουλάχιστον ένας γερανός. Σε περίπτωση που υπάρχουν περισσότεροι από έναν γερανοί, αυτοί μπορούν να εργαστούν ταυτόχρονα για την φορτοεκφόρτωση εμπορευματοκιβωτίων από το ίδιο πλοίο, και επομένως ο χρόνος παραμονής του πλοίου στην αποβάθρα μειώνεται. Επιπλέον γίνεται παραδοχή 24ωρης βάρδιας εργασίας. Παραπάνω δόθηκε ο ορισμός της λειτουργικότητας των στοιχείων για μια περίπτωση λειτουργικότητας - την περίπτωση Functionality1. Για την μελέτη της επίδρασης του τρόπου ορισμού της λειτουργικότητας των στοιχείων στην συνολική απόδοση του λιμένα, εξετάζονται άλλες δύο περιπτώσεις. Στους πίνακες 43 έως 45 δίνεται το ποσοστό λειτουργικότητας των επιμέρους συνιστωσών για κάθε επίπεδο βλάβης και για κάθε περίπτωση. Για παράδειγμα, στην πρώτη περίπτωση οι κρηπιδότοιχοι θεωρούνται μη λειτουργικοί για την περίπτωση εκδήλωσης μετρίου επιπέδου βλάβης, στην δεύτερη περίπτωση θεωρείται ότι η λειτουργικότητα τους μειώνεται στο 50% για το ίδιο επίπεδο βλάβης, ενώ στην τρίτη περίπτωση η λειτουργικότητα των γερανών μειώνεται κατά 50%. Στο σχήμα 60 δίνεται το φύλλο εργασίας του Excel, στο οποίο γίνεται η επιλογή της καμπύλης τρωτότητας και της λειτουργικότητας των συνιστωσών του λιμένα. Σχήμα 60: Επιλογή καμπύλης τρωτότητας και τρόπου ορισμού λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα FUNCTIONAL INFORMATION type Vulnerable IMType waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd waterfront-gravity yes pga,pgd Σχήμα 61: Επιλογή παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας για την περίπτωση των παράκτιων έργων του λιμένα Αποστόλου Ευθύμιος 118

119 Πίνακας 43: Ποσοστά λειτουργικότητας(%) των επιμέρους συνιστωσών για κάθε επίπεδο βλάβης (περίπτωση Functionality 1) Επίπεδο Βλάβης Λιμενικές Εγκαταστάσεις Παράκτια Λιμενικά Έργα Μικρές Βλάβες Μέτριες Βλάβες 0 0 Εκτεταμένες Βλάβες 0 0 Καθολικές Βλάβες 0 0 Γερανοί Φορτοεκφόρτωσης Πίνακας 44: Ποσοστά λειτουργικότητας(%) των επιμέρους συνιστωσών για κάθε επίπεδο βλάβης (περίπτωση Functionality 2) Επίπεδο Βλάβης Λιμενικές Εγκαταστάσεις Παράκτια Λιμενικά Έργα Μικρές Βλάβες Μέτριες Βλάβες 50 0 Εκτεταμένες Βλάβες 0 0 Καθολικές Βλάβες 0 0 Γερανοί Φορτοεκφόρτωσης Πίνακας 45: Ποσοστά λειτουργικότητας(%) των επιμέρους συνιστωσών για κάθε επίπεδο βλάβης (περίπτωση Functionality 3) Επίπεδο Βλάβης Λιμενικές Εγκαταστάσεις Παράκτια Λιμενικά Έργα Μικρές Βλάβες Μέτριες Βλάβες 0 50 Εκτεταμένες Βλάβες 0 0 Καθολικές Βλάβες 0 0 Γερανοί Φορτοεκφόρτωσης Η γενικότερη απόδοση του λιμένα καθορίζεται από τους παρακάτω δείκτες (Performance Indicators, PIs): Τερματικοί σταθμοί διακίνησης εμπορευματοκιβωτίων - Τερματικός σταθμός: συνολικός αριθμός διακινούμενων εμπορευματοκιβωτίων (φορτώνονται και εκφορτώνονται) ανά ημέρα, σε μονάδες TEU (Twenty-foot Equivalent Units) (TCoH) - Πύλη: συνολικός αριθμός κινήσεων εμπορευματοκιβωτίων ανά ημέρα, σε μονάδες TEU (Twenty-foot Equivalent Units) (σε ολόκληρο τον λιμένα) (TCoM) [17] Τερματικοί σταθμοί διακίνησης φορτίου - Τερματικός σταθμός: συνολικό διακινούμενο φορτίο (που φορτώνεται και εκφορτώνεται) ανά ημέρα, σε τόνους (TCaH) Αποστόλου Ευθύμιος 119

120 - Πύλη: συνολικός αριθμός κινήσεων φορτίου ανά ημέρα, σε τόνους (TCaM) [17] Για ολόκληρο τον λιμένα, η συνολική αποδοτικότητα του υπολογίζεται από το άθροισμα των επιμέρους (ανά τερματικό σταθμό) αντίστοιχων δεικτών. Επίσης, χρησιμοποιείται και η μέση ετήσια συχνότητα (MAF) για κάθε έναν από τους δείκτες απόδοσης (PI). Για την ανάλυση θεωρείται ένας τερματικός σταθμός εμπορευματοκιβωτίων (6 ος προβλήτας) και ένας τερματικός σταθμός διακίνησης φορτίου (προβλήτες 2, 3, 4, 5), όπου υπολογίζονται οι παραπάνω δείκτες Δεδομένα για το Δίκτυο Ηλεκτροδότησης του Λιμένα Αρχικά, εισάγονται στο φύλλο εργασίας ο αριθμός των γραμμικών στοιχείων και των κόμβων που συνθέτουν το δίκτυο ηλεκτροδότησης του λιμένα. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται με ένα τυποποιημένο τρόπο, ανάλογο με την εισαγωγή των λιμενικών εγκαταστάσεων, οι κόμβοι του συστήματος. Συγκεκριμένα, εισάγονται οι συντεταγμένες των κόμβων που ορίζουν τόσο τους υποσταθμούς διανομής, οι οποίοι συναντώνται στον λιμένα της Θεσσαλονίκης, όσο και τα γραμμικά στοιχεία του δικτύου. Παράλληλα, εισάγονται τα χαρακτηριστικά του εδάφους, μέσω της μέσης τιμής της ταχύτητας V S,30, καθώς και ο κύριος παράγοντας σεισμικής επικινδυνότητας κάθε στοιχείου που συνδέεται με την αντίστοιχη καμπύλη τρωτότητας. Σημειώνεται ότι οι κόμβοι του δικτύου ηλεκτροδότησης έχουν ως βασική παράμετρο την μέγιστη εδαφική επιτάχυνση PGA, ενώ η καμπύλη τρωτότητας για τους υποσταθμούς διανομής και τον υποσταθμό μεταφοράς έχει ήδη παρουσιαστεί στο κεφάλαιο 4. Στο σχήμα 62 δίνεται το φύλλο εργασίας του Excel που εισάγονται οι πληροφορίες σχετικά με το δίκτυο ηλεκτροδότησης του λιμένα. Αποστόλου Ευθύμιος 120

121 Σχήμα 62: Εισαγωγή δεδομένων για τα στοιχεία του δικτύου ηλεκτροδότησης του λιμένα Δεδομένα για το Οδικό Δίκτυο και τις Κτιριακές Κατασκευές Εντός του Λιμένα Στα εναπομείναντα φύλλα εργασίας του προγράμματος εισάγονται οι συντεταγμένες των κόμβων που ορίζουν το οδικό δίκτυο εντός του λιμανιού της Θεσσαλονίκης, καθώς και τα πολύγωνα με αριθμό και τύπο κτιρίων. Με την εισαγωγή των δεδομένων αυτών, είναι δυνατή η εκτίμηση της επιρροής αστοχίας του οδικού δικτύου στην απόδοση του λιμανιού, μέσω των παραγόντων που αναφέρθηκαν και παραπάνω: - συνολικός αριθμός κινήσεων εμπορευματοκιβωτίων ανά ημέρα σε μονάδες TEU (TCoM) - συνολικός αριθμός κινήσεων φορτίου ανά ημέρα σε τόνους (TCaM) [17] Εξετάζονται δύο περιπτώσεις αστοχίας του οδικού δικτύου: - Βλάβες του οδοστρώματος λόγω εδαφικής αστοχίας (ρευστοποίησης υποκείμενου εδάφους). Σε αυτή την περίπτωση, η βασική παράμετρος εκτίμησης της σεισμικής επικινδυνότητας είναι η μόνιμη εδαφική μετακίνηση PGD, καθώς έντονες παραμορφώσεις του υποκείμενου εδάφους (π.χ. λόγω ρευστοποίησης) οδηγούν σε παραμορφώσεις και αστοχίες του οδοστρώματος. - Αποκλεισμός οδών λόγω κατάρρευσης παρακείμενων κτιρίων. Σε αυτή την περίπτωση, λόγω των μεγάλων αναπτυσσόμενων αδρανειακών δυνάμεων στα κτίρια Αποστόλου Ευθύμιος 121

122 κατά τη σεισμική δόνηση, η παράμετρος εκτίμησης της σεισμικής επικινδυνότητας είναι η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση PGA. Πέραν των συντεταγμένων, στα φύλλα εργασίας εισάγονται τα πλάτη των δρόμων, τα ύψη των κτιρίων, η απόσταση των κτιρίων από την οδό και η βασική παράμετρος σεισμικής επικινδυνότητας. Τέλος, όπως και για τις προηγούμενες εγκαταστάσεις του λιμένα, οι καμπύλες τρωτότητας που χρησιμοποιούνται τόσο για το οδικό δίκτυο, όσο και για τα κτίρια έχουν περιγραφεί στο κεφάλαιο 4. Τα δεδομένα για το οδικό δίκτυο και τις κτιριακές κατασκευές, όπως εισάγονται στο φύλλο Excel, φαίνονται στα σχήματα 63 και 64 αντίστοιχα. Συγκεκριμένα, για το οδικό δίκτυο εισάγονται οι συντεταγμένες των γραμμικών στοιχείων που ορίζουν τα τμήματα της οδού και των σημείων που ορίζουν τους κόμβους σύνδεσης, τα πλάτη των οδών και ο αριθμός των παρακείμενων. Στο επόμενο φύλλο εισάγονται οι συντεταγμένες που ορίζουν τα πολύγωνα με αριθμό και τύπο κτιρίων. Σχήμα 63: Εισαγωγή δεδομένων για τα στοιχεία του οδικού δικτύου εντός του λιμένα Σχήμα 64: Εισαγωγή δεδομένων για τις κτιριακές κατασκευές εντός του λιμένα Αποστόλου Ευθύμιος 122

123 5.4.4 Δεδομένα για το Οδικό Δίκτυο εκτός του Λιμένα Η ανάλυση του οδικού δικτύου εκτός του λιμένα αποτελεί ανεξάρτητη ανάλυση που στοχεύει στην αποτίμηση της σεισμικής διακινδύνευσης του οδικού δικτύου που συνδέει το λιμάνι με τις κύριες οδικές αρτηρίες. Τα δεδομένα ανάλυσης εισάγονται σε ξεχωριστό αρχείο φύλλων εργασίας. Η ανάλυση περιλαμβάνει το αστικό δίκτυο που έχει περιγραφεί στο κεφάλαιο 3, και εξετάζει την επιρροή που έχει στην απόδοση του οδικού δικτύου η αστοχία ενός τμήματος του δρόμου ή μιας γέφυρας. Τυχόν αστοχία κάποιου τμήματος του δρόμου θα οδηγούσε σε μερικό ή πλήρη αποκλεισμό του λιμανιού με αποτέλεσμα τη μείωση των κινήσεων φορτίου και εμπορευματοκιβωτίων από και προς το λιμάνι. Σημειώνεται ότι δεν εξετάζεται η επιρροή πιθανών καταρρεύσεων κτιρίων στην λειτουργικότητα του συγκεκριμένου δικτύου, καθώς πρόκειται για βιομηχανική περιοχή με αραιή δόμηση και κτίρια σε μεγάλη απόσταση από τους οδικούς άξονες. Το νέο αρχείο δεν διαφέρει σημαντικά από το προηγούμενο αρχείο, καθώς πολλές παράμετροι είναι κοινές. Αρχικά επιλέγεται η μέθοδος που θα χρησιμοποιηθεί κατά την ανάλυση, μεταξύ των δύο μεθόδων (Monte Carlo-ISS), όπως περιγράφηκαν παραπάνω. (σχήμα 51) Στη συνέχεια επιλέγεται η σχέση εξασθένισης και οι παράμετροι σεισμικής επικινδυνότητας, καθώς και οι πηγές γένεσης των σεισμικών σεναρίων, κατά τα γνωστά, ενώ, τέλος, επιλέγεται και η κανονιστική διάταξη που θα χρησιμοποιηθεί για τη λήψη των συντελεστών ενίσχυσης του εδάφους (σχήμα 57). Στο τελευταίο φύλλο, εισάγονται τα δεδομένα για τις οδικές αρτηρίες που εξετάζονται, με τρόπο ανάλογο της περίπτωσης του οδικού δικτύου εντός του λιμένα. Πιο συγκεκριμένα, εισάγονται οι συντεταγμένες των κόμβων που ορίζουν το οδικό δίκτυο και οι κόμβοι σύνδεσης των οδών με τους υπόλοιπους δρόμους. Όπως και στην περίπτωση εντός του λιμένα, έτσι και στο επιλεγμένο δίκτυο η βασική παράμετρος σεισμικής επικινδυνότητας είναι η μόνιμη εδαφική μετακίνηση PGD. Η διαφορά σε σχέση με την προηγούμενη περίπτωση, είναι η ύπαρξη τριών γεφυρών στο οδικό δίκτυο, για τις οποίες έχει οριστεί ως βασική παράμετρος σεισμικής επικινδυνότητας η PGA. Τέλος, στο φύλλο εργασίας σημειώνονται τα πλάτη των οδών και οι θέσεις των γεφυρών στο δίκτυο (σχήμα 65). Οι καμπύλες τρωτότητας των εξεταζόμενων στοιχείων του οδικού δικτύου περιγράφονται αναλυτικά στο κεφάλαιο της τρωτότητας (κεφάλαιο 4). Αποστόλου Ευθύμιος 123

124 Σχήμα 65: Επιλογή δεδομένων για την περίπτωση του οδικού δικτύου εκτός του λιμένα Οι αντίστοιχοι δείκτες απόδοσης (PI) του οδικού δικτύου εκτός των λιμενικών εγκαταστάσεων είναι οι εξής: - Απλή απώλεια συνδεσιμότητας του δικτύου (Simple Connectivity Loss-SCL), η οποία μετρά τη μέση μείωση της δυνατότητας των κόμβων εξυπηρέτησης του οδικού δικτύου να παραλάβουν τον κυκλοφοριακό φόρτο από τις συνδεόμενες στο δίκτυο πηγές: SCL = 1-(N i s/ N i o), όπου N i s και N i o ο αριθμός των πηγών που συνδέονται με τον εξεταζόμενο κόμβο i για περίπτωση σεισμού και για φυσιολογικές συνθήκες αντίστοιχα. - Σταθμισμένη απώλεια συνδεσιμότητας του δικτύου (Weighted Connectivity Loss- WCL), η οποία αναβαθμίζει την απλή απώλεια συνδεσιμότητας, σταθμίζοντας τον αριθμό των συνδεόμενων στον εξεταζόμενο κόμβο πηγών, για περίπτωση σεισμού και για φυσιολογικές συνθήκες αντίστοιχα: WCL = 1-(N i s W i s / N i o W i o), όπου οι όροι W i s και W i o μπορούν να καθοριστούν με διαφορετικούς τρόπους. Αποστόλου Ευθύμιος 124

125 5.5 Παράδειγμα Εφαρμογής Ανάλυσης μέσω του Κώδικα Mat Lab Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστεί βήμα προς βήμα μία εκ των αναλύσεων που πραγματοποιήθηκαν για την περίπτωση αποτίμησης της σεισμικής επικινδυνότητας του λιμένα Θεσσαλονίκης μέσω του προγράμματος SYNER-G, όπως έχει περιγραφεί παραπάνω. Συγκεκριμένα, η ανάλυση που θα παρουσιαστεί είναι η περίπτωση που λαμβάνονται υπόψη τα στοιχεία του λιμένα και το δίκτυο ηλεκτροδότησης, ενώ αγνοείται το οδικό δίκτυο και οι κτιριακές κατασκευές. Η επιλεγόμενη σχέση εξασθένισης είναι των Akkar Bommer (2010) [63]. Η μέθοδος ανάλυσης είναι η Monte Carlo με επιλεγμένο αριθμό βημάτων 8000, ενώ οι επιλεγμένες καμπύλες τρωτότητας για την περίπτωση των κρηπιδότοιχων είναι Ichii (2003) [48] (fragility2) και περίπτωση λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα (κρηπιδότοιχοι και γερανοί) η περίπτωση functionality1, που αναλύθηκε παραπάνω στο ίδιο κεφάλαιο. Τέλος, οι συντελεστές ενίσχυσης του εδάφους εξάγονται από τον κανονισμό του Ευρωκώδικα 08 [15]. Συνοπτικά, τα στοιχεία της ανάλυσης είναι: HRB+EPN MCS ,02 Akkar Bommer (σχέση εξασθένισης), PGA, EC8, fragilityhrb2 και functionalityhrb1 Τα δεδομένα εισάγονται στο φύλλο εργασίας του Excel, όπως περιγράφεται παραπάνω, τα οποία με τη σειρά τους εισάγονται στο πρόγραμμα Mat Lab, με το οποίο εκτελείται η ανάλυση. Στα σχήματα 66 έως 70 δίνεται βήμα προς βήμα η εισαγωγή των δεδομένων, όπως αναφέρθηκαν. Πρέπει να σημειωθεί πως η επιλογή των ζωνών πηγής σεισμικών σεναρίων παραμένει η ίδια με αυτή που αναφέρθηκε παραπάνω (σχήμα 53). Σχήμα 66: Επιλογή της μεθόδου ανάλυσης (MC) και του αριθμού των βημάτων (8000) Σχήμα 67: Καθορισμός της σχέσης εξασθένισης (AkkarBommer), της κύριας παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας (PGA) και της κανονιστικής διάταξης (EC08) Αποστόλου Ευθύμιος 125

126 Σχήμα 68: Επιλογή καμπύλης τρωτότητας (Ichii(2003)-fragility2) και τύπου λειτουργικότητας των στοιχείων του λιμένα (functionality1). Επιλογή ανάλυσης με την επιρροή του δικτύου ηλεκτροδότησης και παράλληλη μη θεώρηση του οδικού δικτύου και των κτιριακών εγκαταστάσεων εντός του λιμένα. Σχήμα 69: Επιλογή παραμέτρου σεισμικής επικινδυνότητας για την περίπτωση των παράκτιων λιμενικών έργων (PGA- περίπτωση καμπυλών τρωτότητας Ichii(2003)) Αποστόλου Ευθύμιος 126

127 Σχήμα 70: Εισαγωγή δεδομένων για τα στοιχεία του δικτύου ηλεκτροδότησης του λιμένα Στη συνέχεια, εξάγονται στο πρόγραμμα Mat Lab τα διαγράμματα των δεικτών TCaH και TCoH, που έχουν οριστεί προηγουμένως. Σημειώνεται πως οι δείκτες TCaM και TCoM δεν υφίστανται στην περίπτωση αυτή, καθώς αγνοείται η επιρροή του οδικού δικτύου στη συνολική λειτουργικότητα του λιμένα. Αναλυτικότερα τα αποτελέσματα και τα εξαγόμενα συμπεράσματα θα δοθούν σε επόμενο κεφάλαιο. Παρακάτω δίνονται ενδεικτικά τα διαγράμματα των δεικτών TCaH και TCoH, συναρτήσει του αριθμού των βημάτων της μεθόδου ανάλυσης. Οι δείκτες απόδοσης δίνονται κανονικοποιημένοι ως προς τον αριθμό των εμπορευματοκιβωτίων ή του φορτίου σε τόνους που μεταφέρεται ή φορτοεκφορτώνεται στο λιμένα για την περίπτωση χωρίς σεισμό. Παρατηρείται πως η μέση απώλεια της αποδοτικότητας του λιμένα είναι για τον πρώτο δείκτη 4,5% και για το δεύτερο δείκτη 5,5% (σχήματα 71 και 72). Αποστόλου Ευθύμιος 127

128 Σχήμα 71: Διάγραμμα συνολικού φορτίου ανά ημέρα σε τόνους TCaH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Σχήμα 72: Διάγραμμα συνολικού αριθμού των εμπορευματοκιβωτίων ανά ημέρα σε τόνους TCoH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Παράλληλα, προκύπτουν και τα διαγράμματα MAF_TCaH και MAF_TCoH κανονικοποιημένα ως προς τον αριθμό συνολικού φορτίου και εμπορευματοκιβωτίων αντίστοιχα, στην περίπτωση μη εμφάνισης σεισμικού φαινομένου (TCaH max και TCoH max ). Έτσι, εξάγεται η μέση ετήσια πιθανότητα υπέρβασης για τα ποσοστά απωλειών(%), που ορίζουν τον άξονα των τετμημένων (σχήματα 73 και 74). Αποστόλου Ευθύμιος 128

129 Σχήμα 73: Κανονικοποιημένο διάγραμμα MAF_TCaH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Σχήμα 74: Κανονικοποιημένο διάγραμμα MAF_TCoH συναρτήσει του αριθμού των βημάτων ανάλυσης Αποστόλου Ευθύμιος 129

130 Στο περιβάλλον του προγράμματος δίνεται η δυνατότητα μέσω κατάλληλης εντολής εμφάνισης των στοιχείων του λιμένα για ένα μεμονωμένο σεισμικό γεγονός, καθώς και ο χάρτης μεταβολής της παραμέτρου PGA, όπως φαίνεται στα σχήματα 75 έως 77. Σχήμα 75: Απεικόνιση της πηγής του επιλεγμένου σεισμικού σεναρίου (Μ = 6.4) Σχήμα 76: Απεικόνιση των στοιχείων του λιμένα Θεσσαλονίκης για το επιλεγμένο σεισμικό σενάριο. Δεν παρατηρούνται βλάβες στα στοιχεία του λιμανιού Αποστόλου Ευθύμιος 130

131 Σχήμα 77: Χάρτης μεταβολής της παραμέτρου PGA στην περιοχή του λιμένα Θεσσαλονίκης και μέγιστη και ελάχιστη τιμή της PGA Αποστόλου Ευθύμιος 131