Ανάλυση Βαθιών Εκσκαφών με τον Ευρωκώδικα 7

Transcript

1 ΗΜΕΡΙΔΑ ΣΠΟΛΜΗΚ, ΤΜΗΜΑ ΛΕΜΕΣΟΥ Ιούνιος 2007 Ανάλυση Βαθιών Εκσκαφών με τον Ευρωκώδικα 7 (Αντιστηρίξεις με εύκαμπτα πετάσματα και προεντεταμένες ακυρώσεις) Μ. Καββαδάς, Αναπλ. Καθηητής ΕΜΠ ΣΚΟΠΟΣ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗΣ Παραδείματα (κατασκευή, μετρήσεις συμπεριφοράς) Τρόποι ανάλυσης κατά τον Ευρωκώδικα 7 Διαδικασία αντιστήριξης βαθιάς εκσκαφής με εύκαμπτα πετάσματα και προεντεταμένες ακυρώσεις

2 Τύποι πιθανής αστοχίας της αντιστήριξης βαθιάς εκσκαφής 1. Αστοχία στο έδαφος (GEO) 2. Αστοχία δομικών στοιχείων (STR) X X Κλασσικές μέθοδοι ανάλυσης 1. Ιδεατή φόρτιση από ωθήσεις αιών 2. Σύνηθες αναλυτικό προσομοίωμα 3. Αναδιανομή ωθήσεων λόω ευκαμψίας του πετάσματος

3 Συμβατικά διαράμματα ωθήσεων ια υπολοισμό φορτίου πολλαπλών ακυρώσεων Αμμοι Μαλακές έως μέσες άριλοι Στιφρές άριλοι (Διαράμματα κατά Terzaghi-Pec) Παράδειμα : Εκσκαφή βάθους 27 μέτρων και έκτασης 7000 m 2 στην Αθήνα

4 Παράδειμα : Εκσκαφή βάθους 27 μέτρων και έκτασης 7000 m 2 στην Αθήνα Τελικώς έιναν 8 σειρές ακυρώσεων Παράδειμα : Εκσκαφή βάθους 27 μέτρων και έκτασης 7000 m 2 στην Αθήνα Εμφάνιση του Αθηναϊκού σχιστολίθου (ανώτερη σειρά)

5 Εμφάνιση του Αθηναϊκού σχιστολίθου (κατώτερη σειρά) Βορινή πλευρά Ανατολική πλευρά Βορινή πλευρά

6 Οριζόντιες μετακινήσεις Μετρήσεις από αποκλισιόμετρα + αποτύπωση των κεφαλών των πασσάλων Βορινή πλευρά Ανατολική πλευρά Ανάλυση της αντιστήριξης με Πεπερασμένα Στοιχεία Εινε προσαρμοή των εδαφικών παραμέτρων ια προσομοίωση των πραματικών μετακινήσεων Βορινή πλευρά Ανατολική πλευρά

7 Ανάλυση της αντιστήριξης με Πεπερασμένα Στοιχεία Υπολοισμός περιβάλλουσας πραματικών ωθήσεων αιών Βορινή παρειά Ανατολική παρειά Περιβάλλουσα :p = 0.50Η Περιβάλλουσα :p = 0.28Η Κατασκευή προεντεταμένων ακυρώσεων

8 Φάσεις κατασκευής προεντεταμένης ακύρωσης Κατασκευή προεντεταμένων ακυρώσεων

9 Κατασκευή προεντεταμένων ακυρώσεων Κατασκευή προεντεταμένων ακυρώσεων

12 Κατασκευή προεντεταμένων ακυρώσεων Αντιστήριξη νότιας παρειάς προς παρακείμενη εκσκαφή

13 Αντιστήριξη νότιας παρειάς προς παρακείμενη εκσκαφή Κατακόρυφα στοιχεία από χαλύβδινες δοκούς

14 Κατακόρυφα στοιχεία από χαλύβδινες δοκούς

15 Μετακινήσεις του εδαφικού πρίσματος μεταξύ των δύο εκσκαφών

16 Ανάλυση του εδαφικού πρίσματος με Πεπερασμένα Στοιχεία Περιβάλλουσα :p = 0.28Η Τελική στάθμη εκσκαφής (Η = 27m)

17 Τελική στάθμη εκσκαφής (Η = 27m) Αποστραιστική στρώση δαπέδου εκσκαφής

18 Κατασκευή φέροντος ορανισμού του κτιρίου Στεάνωση παρειών

19 Παράδειμα 2 : Εκσκαφή βάθους 24 μέτρων στην Αθήνα Παράδειμα 2 : Εκσκαφή βάθους 24 μέτρων στην Αθήνα Μετακινήσεις > 50mm καιρωμέςστηνπολυκατοικία Μετακίνηση

20 Παράδειμα 2 : Εκσκαφή βάθους 24 μέτρων στην Αθήνα Τριπλάσια ώθηση στις ακυρώσεις της ελεύθερης παρειάς ακυρώσεις Παράδειμα 2 : Εκσκαφή βάθους 24 μέτρων στην Αθήνα Τοποθέτηση αντηρίδων μήκους 30 μέτρων ια την ανάληψη της υπερβάλλουσας δύναμης

21 Τρόποι Ανάλυσης Βαθιών Εκσκαφών με τον Ευρωκώδικα 7 (Αντιστηρίξεις με εύκαμπτα πετάσματα και προεντεταμένες ακυρώσεις)

22 Εναλλακτικοί Τρόποι Ανάλυσης (Design Approaches) της οριακής κατάστασης αστοχίας : DA-1, DA-2, DA-3 λόω των διαφορετικών ορισμών των E d και R d : DA-1 : 1 R F F, R X M Rd E d E F F, X Συνδ. 1 : F = 1.35 ή 1.50, M = 1.00, R = 1.0 Συνδ. 2 : F = 1.00 ή 1.30, M = 1.25 ή 1.40, R = 1.0 M R (τύπος Ι ) E 1 DA-2 : R ( F, X ) E( F, X ) R E R = 1.10 ή 1.40 E = 1.35 ή 1.50 (τύπος ΙΙ και ΙΙ*) DA-3 : 1 R F F, R X M E F F F = 1.35 ή 1.50 (δομ) F = 1.0 ή 1.3 (εωτ), M = 1.25 ή 1.40 R = 1.0, X M (τύπος Ι ) ΕΦΑΡΜΟΓΗ : Εύκαμπτα πετάσματα αντιστήριξης εκσκαφών Τιμές των επιμέρους συντελεστών (Α) : F = E (Μ) : Μ (R) : R Τρόπος Ανάλυσης Συνδυασμός Τύποι υπολοισμού Τιμέςτωνεπιμέρουςσυντελεστών (από τους πίνακες που ακολουθούν και περιλαμβάνουν τα Αi, Mi, Ri) DA-1 Συνδ. 1 Συνδ. 2 Τύποι Ι (Α1) + (Μ1) + (R1) (Α2) + (Μ2) + (R1), ακύρια : (Α2) + (Μ1) + (R4) DA-2, 2* Τύποι ΙI, II* (Α1) + (Μ1) + (R2) DA-3 Τύποι Ι * [(Α1)** ή (Α2)*** ] + (Μ2) + (R3) * Για τον υπολοισμό των δράσεων μπορεί να εφαρμοσθούν και οι τύποι ΙI ** Για δράσεις από την ανωδομή (δομοστατικές δράσεις) *** Για εωτεχνικές δράσεις (από το έδαφος, π.χ. ωθήσεις αιών) Παρατηρήσεις : 1. Η επιλοή ενός εκ των Τρόπων Ανάλυσης ίνεται σε εθνικό επίπεδο. Για τις βαθιές εκσκαφές, στην Ελλάδα εφαρμόζεται ο DA-2*, ενώ ια την ολική ευστάθεια ο DA Στον Τρόπο Ανάλυσης 1, εφαρμόζεται ο δυσμενέστερος των Συνδυασμών 1 & 2

23 Εφαρμοή του EC 7-1 στην Ελλάδα ια βαθιές εκσκαφές 1. Επιλοή των επιμέρους συντελεστών : κατά τις συστάσεις του EC-7.1 (Annex A) 2. Επιλοή των μεθόδων υπολοισμού : οποιαδήποτε διεθνώς αποδεκτή μέθοδος 3. Επιλοή του «Τρόπου Ανάλυσης» (Design Approach) μεταξύ των DA-1, 2, Τρόπος Ανάλυσης 3(DA-3) : X R F F, E F F, M F = 1.35 ή 1.50 (δομ) F = 1.0 ή 1.3 (εωτ), M = 1.25 ή 1.40 δηλαδή επιβολή των επιμέρους συντελεστών στις δράσεις και τις εδαφικές ιδιότητες (c, φ), σε αναλύσεις «ολικής ευστάθειας», δηλαδή : Ολική ευστάθεια εωτεχνικών έρων χωρίς δομικά στοιχεία αντιστήριξης (επιχώματα, φυσικά πρανή, ορύματα με ελεύθερα πρανή, φράματα) Ολική ευστάθεια εωτεχνικών έρων με δομικά στοιχεία αντιστήριξης (οπλισμένα επιχώματα, ορύματα με ηλώσεις ακυρώσεις ή πασσάλους) Παρατήρηση : Οι σταθεροποιητικές δράσεις των δομικών στοιχείων αντιστήριξης θα θεωρούνται ως ευνοϊκές δράσεις (με επιμέρους συντελεστή F =1) και όχι ως αντιστάσεις (π.χ. δυνάμεις ακύρωσης). X M Επιμέρους συντελεστές έρων αντιστηρίξεως Οριακές καταστάσεις STR & GEO Επιμέρους συντελεστές αντιστάσεων ( R ) ια ολική ευστάθεια πρανών και ορυμάτων DA-1 DA-2 DA-3

24 Παράδειμα : Ολική ευστάθεια έρου αντιστηρίξεως με κατακόρυφο πρανές και δομικά στοιχεία ενίσχυσης (πάσσαλοι και ακυρώσεις) Τρόπος ανάλυσης DA-3 : Επιβολή των επιμέρους συντελεστών (>1) στις εδαφικές παραμέτρους (c, φ) και τα δυσμενή φορτία (π.χ. q). Επιβολή μοναδιαίων επιμέρους συντελεστών ( F =1) στις ευνοϊκές δράσεις των δομικών στοιχείων αντιστηρίξεως (πάσσαλος και ακύρωση) Υπολοισμός του συντελεστή ασφαλείας με κύκλους ολισθήσεως tanϕ ϕ = d arctan M c d c = M M = 1.25 q = 8.5 Pa q d = 1.5 x 8.5 = 13 Pa Για αποδεκτή ευστάθεια, αρκεί ο συντελεστής ασφαλείας να είναι 1.0 Εφαρμοή του EC-7.1 στην Ελλάδα ια βαθιές εκσκαφές Τρόπος Ανάλυσης 2* (DA-2*) : R ( F, X ) E( F, X ) R E R = 1.10 ή 1.40 E = 1.35 ή 1.50 δηλαδή επιβολή των επιμέρους συντελεστών στις εντάσεις και τις αντιστάσεις. Εφαρμοή σε όλες τις περιπτώσεις ανάλυσης πλήν ολικής ευστάθειας, δηλαδή : Έλεχος εωτεχνικών (GEO) και δομικών (STR) οριακών καταστάσεων αστοχίας επιφανειακών θεμελιώσεων, βαθιών θεμελιώσεων, ακυρώσεων και έρων αντιστηρίξεως Έλεχος δομικών (STR) οριακών καταστάσεων αστοχίας πρανών ή εκσκαφών ενισχυμένων με δομικά στοιχεία (δηλαδή υπολοισμός της φέρουσας ικανότητας των πασσάλων, ακυρώσεων, κλπ) Έλεχος εωτεχνικών (GEO) και δομικών (STR) οριακών καταστάσεων αστοχίας (πλήν ολικής ευστάθειας) με χρήση αριθμητικών μεθόδων (π.χ αναλύσεις με πεπερασμένα στοιχεία). Έλεχος έναντι υδραυλικής αστοχίας λόω άνωσης(upl) ή υδραυλικής κλίσης (HYD).

25 Επιμέρους συντελεστές έρων αντιστηρίξεως Οριακές καταστάσεις STR & GEO Επιμέρους συντελεστές δράσεων ( F και Ε ) DA-2 DA-3 Επιμέρους συντελεστές εδαφικού υλικού ( Μ ) DA-2 DA-3 Επιμέρους συντελεστές έρων αντιστηρίξεως Οριακές καταστάσεις STR & GEO Επιμέρους συντελεστές αντιστάσεων ( R ) ιαέρααντιστηρίξεως Τοίχοι βαρύτητας Παθητική αντίσταση DA-1 DA-2 DA-3 Παρατήρηση : Ισοδύναμος συντελεστής ασφαλείας ια το βάθος έμπηξης (DA-2) : FS = F R = ( 1.4 ) x 1.4 =

26 Παράδειμα εφαρμοής ελέχου σε οριακή κατάσταση αστοχίας (ULS) Εύκαμπτος τοίχος αντιστηρίξεως με μία άκυρωση (Αμμοχάλικο) (Στιφρή άριλος) Απαιτούμενοι έλεχοι οριακών καταστάσεων αστοχίας (ULS) : Προσδιορισμός βάθους έμπηξης (GEO) : με DA-2 Στατική επάρκεια του τοίχου (STR) : με DA-2 Σχεδιασμός ακύρωσης (STR + GEO) : με DA-2 Υδραυλική αστοχία πυθμένα εκσκαφής (HYD) : με DA-2 Γενική ευστάθεια συστήματος τοίχου εδάφους (GEO) : με DA-3 Παράδειμα εφαρμοής ελέχου σε οριακή κατάσταση αστοχίας (ULS) Εύκαμπτος τοίχος αντιστηρίξεως με μία άκυρωση Υδραυλική αστοχία πυθμένα εκσκαφής (HYD) (Αμμοχάλικο) Η (Στιφρή άριλος) d Έλεχος ευστάθειας : (Δύναμη διήθησης) d < (Ενερό βάρος) d G; dst ( i H ) ( H ) w < G; stb i < ( 2 3) Ισοδύναμος συντελεστής ασφαλείας : FS = 1.35 / 0.9 = 1.50 Ελάχιστο βάθος έμπηξης : i = ΔΗ / L = 4.40 / (2d +1.40) < 0.67 d > 2.60 m

27 Παράδειμα εφαρμοής ελέχου σε οριακή κατάσταση αστοχίας (ULS) Εύκαμπτος τοίχος αντιστηρίξεως με μία άκυρωση E 1. Προσδιορισμός βάθους έμπηξης (GEO) και έλεχος στατικής επάρκειας του τοίχου (STR) : Τρόπος Ανάλυσης : DA-2 R 1 R Rd E d ( F, X ) E( F X ) R, E E E Παράδειμα εφαρμοής ελέχου σε οριακή κατάσταση αστοχίας (ULS) Εύκαμπτος τοίχος αντιστηρίξεως με μία άκυρωση (1) Ισορροπία ροπών ως προς τη στάθμη της ακύρωσης : E d R d (2) Ισορροπία οριζόντιων δυνάμεων E { M P ) + M ( P )} M ( F ) M ( P ) d... E 1 ( ah, w, h, ph, = R 1 { P + P }.0 F = P F... ah, w, 1 h, ph, h, = R F h, = χαρακτηριστική τιμή της δύναμης ακύρωσης P w, P ah, F h, d p ah = p ah,g + p ah,q p 2c = K σ ah, g ah v p ah,q = K ah q K ah P ph, p = K σ + 2c ph ph v K ph

28 Παράδειμα εφαρμοής ελέχου σε οριακή κατάσταση αστοχίας (ULS) Εύκαμπτος τοίχος αντιστηρίξεως με μία άκυρωση (1) Ισορροπία ροπών ως προς τη στάθμη της ακύρωσης : E (2) Ισορροπία οριζόντιων δυνάμεων P w, d R d P ah, E { M P ) + M ( P )} M ( F ) M ( P ) d... F h, d E P ph, 1 ( ah, w, h, ph, = R 1 { P + P }.0 F = P F... ah, w, 1 h, ph, h, = R Ε = 1.35 (μόνιμα φορτία) = 1.50 (κινητά φορτία) R = 1.4 (DA-2, 2*) 1.0 (DA-1, DA-3) d = 6.62 m (DA-1, Συνδ 2) 7.89 m (DA-2, 2*) 6.62 m (DA-3) 8.27 (Ισοδ. FS = 2) F h, = 172 N/m (DA-1, Συνδ. 2) N/m (DA-2, 2*) 172 N/m (DA-3) N/m (Ισοδ. FS = 2) Παράδειμα υπολοισμού ακύρωσης Τρόπος υπολοισμού DA-2 Έλεχος ακύρωσης έναντι εξόλκευσης : F d = τιμή σχεδιασμού της δύναμης ακύρωσης. Υπολοίζεται είτε απευθείας από την ανάλυση του τοίχου αντιστήριξης είτε μέσω της χαρακτηριστικής της τιμής ( F ) : F d = F F όπου F = 1.35 R a,d = τιμή σχεδιασμού της αντίστασης εξόλκευσης της ακύρωσης. Υπολοίζεται a, d μέσω της χαρακτηριστικής της τιμής : R a,d = R a, / R R F d Τρόπος ανάλυσης DA-2 : R = 1.10 R a, = χαρακτηριστική τιμή της αντίστασης εξόλκευσης της ακύρωσης. Υπολοίζεται μέσω δοκιμών ή με υπολοισμούς (βλέπε κατωτέρω)

29 Παράδειμα υπολοισμού ακύρωσης Τρόπος υπολοισμού DA-2 Υπολοισμός της χαρακτηριστικής τιμής της αντίστασης εξόλκευσης R a, 1. Με υπολοισμούς : R a, = min π D Lf fsu,, As f y, { } D = διάμετροςοπήςενεμάτωσηςακυρίου L f = μήκος πάκτωσης f su, = χαρακτηριστική τιμή οριακής πλευρικής τριβής ενέματος-εδάφους Α s = εμβαδόν χαλύβδινου τένοντα f y, = χαρακτηριστική τιμή ορίου διαρροής χάλυβα τένοντα 2. Από τα αποτελέσματα δοκιμαστικών εξολκεύσεων : R a,1, R a,2, R a,n R n 1 ( Ra m ) = R ( R ) [ ], a, i a, m = min Ra,1, Ra,2,... R min a, n mean = min n i= 1 ( R ) ( R ) n = a, m mean a, m min a, ξ, ξ α1 = a1 ξa ξ α2 = 1 2 3