Σεισμική Μόνωση Με Γεωσυνθετικά Εντός Εδάφους. In-ground Seismic Isolation with Geosynthetic Liners. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής Ε.Μ.Π.

Transcript

1 Σεισμική Μόνωση Με Γεωσυνθετικά Εντός Εδάφους In-ground Seismic Isolation with Geosynthetic Liners ΓΕΩΡΓΑΡΑΚΟΣ, Π. ΓΚΑΖΕΤΑΣ, Γ. Πολιτικός Μηχανικός, Ε.Μ.Π. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής Ε.Μ.Π. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Αναλύεται αριθμητικά μία νέα μέθοδος σεισμικής μόνωσης, η οποία συνίσταται στην τοποθέτηση διεπιφάνειας ολίσθησης εντός του εδάφους θεμελίωσης της κατασκευής. Η διεπιφάνεια αυτή έχει μικρό συντελεστή τριβής και αποτελείται από δύο γεωμεμβράνες οι οποίες βρίσκονται σε επαφή και μπορούν να ολισθαίνουν η μία ως προς την άλλη. Η δυναμική απόκριση του σεισμικώς μονωμένου συστήματος καθορίζεται από το σχήμα της διεπιφάνειας ολίσθησης. Σκοπός του άρθρου είναι ο προσδιορισμός: (α) των αναπτυσσομένων στο έδαφος θεμελίωσης της κατασκευής επιταχύνσεων υπό την παρουσία σεισμικής μόνωσης εντός του εδάφους, (β) της σχετικής ολίσθησης στην διεπιφάνεια, και (γ) των παραμορφώσεων στο σεισμικά μονωμένο έδαφος. ABSTRACT : A new kind of seismic is investigated: a combination of a geotextile and a high molecular weight polyethylene is inserted in the ground below the structure, to create an isolated soil wedge. The geosynthetic interface between the isolated and underlying soil, characterized by low and stable coefficient of friction, limits the levels of acceleration transmitted into the isolated region, even though at the expense of some relative (differential) displacements. The article uses finite element analyses to investigate the influence of the shape of this interface on the effectiveness. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η τοποθέτηση διεπιφάνειας ολίσθησης εντός του εδάφους θεμελίωσης μίας κατασκευής, προτάθηκε ως νέα μέθοδος σεισμικής μόνωσης από τους Yegian et al [2(a,b)] σε αντιδιαστολή με την συνήθη πρακτική της τοποθέτησης εφεδράνων στην βάση της κατασκευής. Η διεπιφάνεια αυτή αποτελείται από δύο κατάλληλα επιλεγμένες γεωμεμβράνες [γεωύφασμα επί πολυαιθυλενίου υψηλού μοριακού βάρους]. Οι Yegian et al εκτέλεσαν ανακυκλικά πειράματα προκειμένου να προσδιορίσουν τα δυναμικά χαρακτηριστικά της διεπιφάνειας αυτής. Έτσι προσδιορίστηκε ο στατικός [.1] και ο δυναμικός [.7] συντελεστής τριβής. Επιπλέον, οι τιμές αυτές του συντελεστή τριβής αποδείχθηκε ότι είναι ανεξάρτητες της αλλαγής της ταχύτητας ολίσθησης, της ορθής τάσης που ασκείται στην διεπιφάνεια, καθώς και του αριθμού των κύκλων φόρτισης. Πρόκειται λοιπόν για ένα «υλικό» σταθερής συμπεριφοράς, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγάλο εύρος εφαρμογών και σχετικώς εύκολα να μελετηθεί μέσω αναλυτικών προσομοιωμάτων δυναμικής ανάλυσης. Με την νέα αυτή μέθοδο είναι πιθανόν δυνατή η ανάπτυξη φθηνής τεχνολογίας σεισμικής μόνωσης έργων πολιτικού μηχανικού σε εντόνως σεισμικές περιοχές. 2. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΜΟΝΩΣΗΣ ΕΝΤΟΣ ΕΔΑΦΟΥΣ Το σχήμα της διεπιφάνειας ολίσθησης καθορίζει την δυναμική απόκριση του σεισμικώς μονωμένου εδάφους. Για τούτον τον λόγο εξετάζονται πέντε πιθανές γεωμετρίες της διεπιφάνειας ολίσθησης εντός του εδάφους. Οι αναλύσεις που παρουσιάζονται 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 1

2 στην συνέχεια είναι διδιάστατες, υπό συνθήκες επίπεδης παραμόρφωσης. Ακολούθως, περιγράφονται οι πέντε υπό μελέτην διαμορφώσεις της γεωμετρίας της γεωσυνθετικής διεπιφάνειας: Κυλινδρική. Στην περίπτωση αυτή το σεισμικώς μονωμένο έδαφος αποτελεί έναν κυκλικό τομέα πλάτους 6 m και βάθους στο κέντρο 5 m [Σχ.1a]. Καθώς η γεωμετρία της διεπιφάνειας είναι η απλούστερη δυνατή, διευκολύνει την αρχική κατανόηση της δυναμικής συμπεριφοράς του σεισμικώς μονωμένου συστήματος και την παρουσίαση των παραγομένων αποτελεσμάτων. Παρόλα αυτά ένα τέτοιο σύστημα είναι δύσκολο να κατασκευαστεί στην πράξη, έτσι επιλέγουμε πιθανές γεωμετρίες της διεπιφάνειας οι οποίες δύναται να εφαρμοσθούν πιο εύκολα. Λεκανοειδής. Η διεπιφάνεια αποτελείται από ένα ευθύγραμμο τμήμα μήκους 5 m στα 5 m βάθος και δύο τεταρτοκύκλια ακτίνας 5m, στις δύο άκρες [Σχ.1b]. Η συγκεκριμένη γεωμετρία έχει ήδη προταθεί και αναλυθεί πειραματικά από τους Yegian et al. [2b]. Τραπεζοειδής γωνίες 3 ο και 6 ο. Η διεπιφάνεια αποτελείται και σε αυτήν την περίπτωση από ένα ευθύγραμμο τμήμα μήκους 5 m στα 5 m βάθος, μόνο που τώρα αναδύεται στην επιφάνεια με δύο ευθύγραμμα τμήματα υπό γωνία 3 ο (ή 6 ο ) ως προς την οριζόντιο [Σχ.1c]. Οι επίπεδες επιφάνειες που προκύπτουν είναι εύκολο να κατασκευασθούν στην πράξη. Σύνθετη Τραπεζοειδής με ενισχυμένον πυρήνα υπό γωνίαν 6 ο. Η κατασκευή της διεπιφάνειας γίνεται όπως και ανωτέρω (για την περίπτωση της γωνίας των 6 ο ), μόνο που ενισχύεται το κεντρικό τμήμα (κόλουρος πυραμίδα) του σεισμικώς μονωμένου εδάφους όπου θα θεμελιωθεί η κατασκευή [Σχ.1d]. Στον χώρο μεταξύ ενισχυμένου πυρήνα και περιβάλλοντος εδάφους (δύο ανεστραμμένες κόλουροι πυραμίδες), τοποθετείται χαλαρό εδαφικό υλικό. Η διεπιφάνεια με τον ενισχυμένον εδαφικό πυρήνα καλύπτεται επίσης με την χαμηλού συντελεστή τριβής γεωσυνθετική διεπιφάνεια. Τα πλεονεκτήματα της συγκεκριμένης γεωμετρίας παρουσιάζονται και εξηγούνται στην συνέχεια. 5 m above liner (a) below liner 5 m (b) 1 m 6 m 5 m θ = 3 ο /6 ο 5 m (c) rock 5 m θ = 6 ο 36 m Σχήμα 1. Σεισμική μόνωση με παρεμβολή γεωσυνθετικής διεπιφάνειας εντός του εδάφους: (a) Κυλινδρική γεωμετρία, (b) Λεκανοειδής γεωμετρία, (c) Τραπεζοειδής γεωμετρία, (d) Σύνθετη Τραπεζοειδής γεωμετρία Figure 1. In-soil systems: (a) cylindrical liner geometry, (b) tub liner geometry,(c) trapezoidal liner geometry, (d) compound trapezoidal liner geometry. 5 m (d) 3. ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΙΚΩΣ ΜΟΝΩΜΕΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Κατ αρχήν, διεξάγεται μία πρώτη σειρά αναλύσεων, με σκοπό την βαθμονόμηση του αναλυτικού προσομοιώματος με βάση τα 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 2

3 πειραματικά αποτελέσματα των Yegian et al. [2(a,b)], τόσο ως προς τις ιδιότητες της διεπιφάνειας ολίσθησης όσο και ως προς την δυναμική απόκριση του σεισμικώς μονωμένου εδάφους. Προς τούτο, το πειραματικό προσομοίωμα εισάγεται στον κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ABAQUS, και διεξάγονται δυναμικές αναλύσεις υπό: (α) ημιτονική διέγερση διαφόρων συχνοτήτων, και (β) σεισμική διέγερση με την καταγραφή Santa Cruz (Loma Prieta, 199), με μέγιστη επιτάχυνση.6g. Εν συνεχεία, πραγματοποιούνται παραμετρικές αριθμητικές αναλύσεις με το προσομοίωμα σε πραγματική κλίμακα, χρησιμοποιώντας ως διέγερση στην επιφάνεια εξιδανικευμένους παλμούς τύπου Ricker, με χαρακτηριστικά επιταχυνσιογραφημάτων εγγύς πεδίου. Το προσομοίωμα έχει συνολικό πλάτος 36 m και βάθος 1 m. Επίσης, τα εδαφικά στοιχεία χαρακτηρίζονται από ελαστοπλαστική συμπεριφορά, ακολουθώντας τον νόμο Mohr-Coulomb, προκειμένου να ανιχνευθούν οι δυσμενέστερα φορτιζόμενες περιοχές. Οι παράμετροι που εξετάζονται στις αναλύσεις είναι οι εξής: η γεωμετρία της διεπιφάνειας ολίσθησης. το είδος του εδαφικού προφίλ. Θεωρούμε δύο προφίλ ανομοιογενούς εδάφους βάθους 1 m ένα μαλακό [Σχ.2a] και ένα μέτριας σκληρότητας [Σχ.2b]. οι εδαφικές ιδιότητες του σεισμικώς μονωμένου εδάφους. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται παραμετρικά η επίδραση του μέτρου ελαστικότητας Ε, της γωνίας τριβής φ, και της συνοχής c του σεισμικώς μονωμένου εδάφους. το είδος της σεισμικής διέγερσης. Γίνεται χρήση του εξιδανικευμένου παλμού Ricker, για τρεις τιμές της χαρακτηριστικής του συχνότητας (f =1Hz, 2Hz, και Hz). Ο παλμός αυτός εμπεριέχει χαρακτηριστικά κραδασμών εγγύς πεδίου (Fardis et al 23; Makris & Black 2). Η δυναμική διέγερση εφαρμόζεται στην βάση του αριθμητικού προσομοιώματος (βάθος 1 m), όπου και έχει θεωρηθεί το βραχώδες υπόβαθρο. Η κίνηση στο βραχώδες υπόβαθρο, δεδομένης της επιθυμητής κίνησης στην επιφάνεια (ελεύθερο πεδίο), προκύπτει από αντίστροφη ανάλυση με τον κώδικα μονοδιάστατης ισοδύναμης γραμμικής ανάλυσης SHAKE 91. isolated soil wedge Vs = 1 m/s Vs = 2 m/s.5.5 Ricker Ricker Wavelets, a max max =.6 = g.6 a : g H = 1 m f = f 1 = Hz a : g rock outcrop 3 m/s 6 m/s (a) (b) Stiff Soft Soil Profile Hard Soil Profile f = 2 f = 2 Hz a : g f = f = Hz Σχήμα 2. (a) Εδαφικό προφίλ που χρησιμοποιήθηκε στην μονοδιάστατη ανάλυση, και (b) Χρονοϊστορίες επιτάχυνσης παλμού Ricker [a(t):g] για χαρακτηριστικές συχνότητες f ίσες με 1 Hz, 2 Hz, και Hz αντιστοίχως. Figure 2. Shear wave velocity profiles used for the 1-D soil amplification analyses, and the idealized Ricker wavelets a(t):g with characteristic frequencies f equal to 1 Hz, 2 Hz, and Hz respectively.. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Αρχικά παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των αναλύσεων βαθμονόμησης του αριθμητικού προσομοιώματος, και η σύγκρισή τους με τα αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα των Yegian et al. [2b]. Στο Σχ.3 απεικονίζεται ο λόγος της μέγιστης επιτάχυνσης στο σεισμικώς μονωμένο έδαφος προς την μέγιστη επιτάχυνση στο ελεύθερο πεδίο (a isol,max /a g,max ), για την περίπτωση: (α) αρμονικής διέγερσης συχνότητας 2 Hz, και (β) σεισμικής διέγερσης με την καταγραφή Santa Cruz. Τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων συγκρίνονται ικανοποιητικά με αυτά των πειραμάτων για όλο το εύρος τιμών της 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 3

4 μέγιστης επιβαλλόμενης επιτάχυνσης. Ακολούθως, παρατίθενται τα αποτελέσματα των αριθμητικών παραμετρικών αναλύσεων του προσομοιώματος σε πλήρη κλίμακα, για διάφορες μορφές της διεπιφάνειας ολισθήσεως..1 Κυλινδρική Γεωμετρία Τα πρώτα αποτελέσματα αντιστοιχούν στο μαλακό εδαφικό προφίλ. Η εδαφική κίνηση στο ελεύθερο πεδίο είναι ένας παλμός Ricker, με μέγιστη επιτάχυνση.66g και χαρακτηριστική συχνότητα 1Hz. Στα Σχ.(a) και 5 απεικονίζονται οι χρονοϊστορίες των επιταχύνσεων και των σχετικών μετακινήσεων σε χαρακτηριστικούς κόμβους του προσομοιώματος. Μερικές σημαντικές παρατηρήσεις: (α) Η μέγιστη επιτάχυνση στην επιφάνεια του σεισμικώς μονωμένου εδάφους ισούται με.1g, είναι δηλαδή τρείς φορές μικρότερη από την αντίστοιχη τιμή στο ελεύθερο πεδίο. Η ευεργετική αυτή επίδραση της παρεμβολής της διεπιφάνειας ολίσθησης δείχνεται και στο Σχ.(b), μέσω των φασμάτων απόκρισης στους παραπάνω κόμβους. Το φάσμα απόκρισης του σεισμικώς μονωμένου εδάφους έχει σαφώς μικρότερες τιμές από εκείνες του ελευθέρου πεδίου σε ολόκληρο το εύρος των περιόδων. Η ολίσθηση, λοιπόν, του σεισμικώς μονωμένου εδάφους προκαλεί σημαντική μείωση των διαδιδομένων επιταχύνσεων. Βεβαίως, το τίμημα των μειωμένων επιταχύνσεων είναι η ανάπτυξη σημαντικών σχετικών μετακινήσεων μεταξύ μονωμένου και περιβάλλοντος εδάφους, οι οποίες στο μέσον του σεισμικώς μονωμένου εδάφους φτάνουν τα 12 cm. Ωστόσο, η παραμένουσα μετατόπιση είναι αισθητά μικρότερη ( 2cm), εξαιτίας της εγγενούς ικανότητας επαναφοράς του συγκεκριμένου συστήματος σεισμικής μόνωσης στην αρχική του θέση. (β) Η εδαφική ταλάντωση εντός του σεισμικώς μονωμένου εδαφικού τμήματος είναι μικρή (μέγιστη σχετική μετακίνηση μεταξύ βάσης και κορυφής 1cm, η οποία αντιστοιχεί σε εδαφική παραμόρφωση.2%). Υπό αυτές τις συνθήκες δεν αναμένεται εδαφική αστοχία εντός του σεισμικώς μονωμένου εδάφους. Στο Σχ.6 συνοψίζονται τα παραμετρικά αποτελέσματα για τις διάφορες τιμές της χαρακτηριστικής συχνότητας f του παλμού στο ελεύθερο πεδίο (f =1Hz, 2Hz, και Hz), καθώς και για τρείς τιμές της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης (α g,max =.66g,.g, και.22g). Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται και για τα δύο εδαφικά προφίλ, και δίνονται στην μορφή: (i) του λόγου a isol /a ff ως συνάρτηση του a ff (όπου a isol η επιτάχυνση του σεισμικώς μονωμένου εδάφους και a ff a g,max η μέγιστη επιτάχυνση στο ελεύθερο πεδίο) [Σχ.6(a)], και (ii) της μέγιστης ολίσθησης στην διεπιφάνεια (D max ) συναρτήσει της χαρακτηριστικής συχνότητας του διεγείροντος κραδασμού [Σχ.6(b)]. Παρατηρούμε ότι η ευεργετική επίδραση της σεισμικής μόνωσης είναι μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η μέγιστη επιτάχυνση της διέγερσης στο ελεύθερο πεδίο, ενώ παράλληλα αυξάνεται η σχετική ολίσθηση [Σχ.6]. Επίσης, πρέπει να σημειωθεί η σημαντική μείωση της σχετικής ολίσθησης στην διεπιφάνεια αυξανομένης της συχνότητας της σεισμικής διέγερσης [Σχ.6(b)]. Tα συμπεράσματα αυτά συμφωνούν με αποτελέσματα αριθμητικών αναλύσεων για οριζόντια και σφαιρική ολίσθηση που πραγματοποιήθηκαν από τους Fardis et al (23). Τέλος, το είδος και τα χαρακτηριστικά του εδαφικού σχηματισμού δεν φαίνεται να μεταβάλλουν σημαντικά την δυναμική συμπεριφορά του συστήματος σεισμικής μόνωσης (δεδομένης της δυναμικής διέγερσης)..2 Λεκανοειδής Γεωμετρία Στο Σχ.7 παρατίθενται οι χρονοϊστορίες επιταχύνσεων σε τέσσερις χαρακτηριστικούς κόμβους, για την περίπτωση λεκανοειδούς γεωμετρίας της διεπιφάνειας. Η μέγιστη επιτάχυνση στο μέσον του σεισμικώς μονωμένου εδάφους είναι.26g, ενώ η μέγιστη ολίσθηση στην διεπιφάνεια είναι 9cm και η παραμένουσα 1cm. Σε σχέση με την περίπτωση κυλινδρικής γεωμετρίας, παρατηρούμε ότι αναπτύσσονται μεγαλύτερες επιταχύνσεις στο σεισμικώς μονωμένο έδαφος, καθώς οι τιμές της ολίσθησης είναι σημαντικά μικρότερες. Τούτο οφείλεται στην διαμόρφωση των παρειών του σεισμικώς μονωμένου εδάφους, η οποία (διαμόρφωση) δεν επιτρέπει την ελεύθερη ολίσθηση επί της γεωσυνθετικής διεπιφάνειας. Στην προσπάθεια του μονωμένου εδάφους να ολισθήσει επί του οριζοντίου τμήματος της διεπιφάνειας, αναπτύσσονται στο περιβάλλον έδαφος παθητικές ωθήσεις, οι οποίες τείνουν να το επαναφέρουν στην αρχική του θέση. Λόγω των δυνάμεων αυτών, περιορίζεται ο ευεργετικός ρόλος της ολίσθησης, και οι επιταχύνσεις που αναπτύσσονται στο 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26

5 μονωμένο έδαφος στην περίπτωση της λεκανοειδούς γεωμετρίας είναι αυξημένες, ιδιαιτέρως κοντά στα σύνορα [Σχ.]. Μία επιπρόσθετη συνέπεια του παραπάνω μηχανισμού είναι η ανάπτυξη πλαστικών παραμορφώσεων τόσο στο σεισμικώς μονωμένο όσο και στο περιβάλλον έδαφος. Το μέγεθος και η θέση εμφάνισης των πλαστικών παραμορφώσεων είναι συνάρτηση των χαρακτηριστικών αντοχής του εδαφικού υλικού εκατέρωθεν της γεωσυνθετικής διεπιφάνειας. Σημειώνεται, ότι ανάλογες πλαστικές παραμορφώσεις παρατηρήθηκαν και στα αντίστοιχα πειραματικά δοκίμια, οι οποίες εκδηλώθηκαν με την εμφάνιση ρωγμών στην επιφάνεια του σεισμικώς μονωμένου εδάφους, Yegian et al. [2b]. Πιθανό μέτρο αντιμετώπισης του εν λόγω προβλήματος αποτελεί η τοποθέτηση ισχυρότερου εδαφικού υλικού υπεράνω της διεπιφάνειας ολίσθησης, το οποίο συνεπάγεται όμως αύξηση των επιταχύνσεων..3 Τραπεζοειδής Γεωμετρία 3 ο και 6 ο. Συνοπτικά σημειώνουμε για τις περιπτώσεις αυτές, ότι αυξανομένης της κλίσης των παρειών του μονωμένου εδάφους, η αναπτυσσόμενες επιταχύνσεις στην επιφάνεια αυξάνονται. Αντιστοίχως μειώνεται η σχετική ολίσθηση στην διεπιφάνεια, λόγω της ανάπτυξης μεγαλύτερων δυνάμεων αντίστασης στην ολίσθηση από το περιβάλλον έδαφος. Επίσης, τροποποιείται η θέση και το εύρος των ζωνών ανάπτυξης πλαστικών παραμορφώσεων.. Σύνθετη Τραπεζοειδής Γεωμετρία 6 ο Από τα μέχρι τώρα υπολογιστικά αποτελέσματα προκύπτει ότι με τις τρεις τελευταίες διαμορφώσεις της διεπιφάνειας ολίσθησης πετυχαίνουμε σε έναν βαθμό απομείωση της διαδιδόμενης επιτάχυνσης, η οποία όμως δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο στην περίπτωση της κυλινδρικής γεωμετρίας. Επιπλέον παρατηρείται η ανάπτυξη πλαστικών παραμορφώσεων τόσο στο σεισμικώς μονωμένο όσο και στο περιβάλλον έδαφος, η οποία είναι ανεπιθύμητη στην περίπτωση επιφανειακής θεμελίωσης μίας κατασκευής. Προς τούτο, προτείνεται μία σύνθετη διαμόρφωση του σεισμικώς μονωμένου συστήματος, με τροποποίηση της τραπεζοειδούς γεωμετρίας με γωνία παρειών 6 ο. Η τροποποίηση αυτή συνίσταται στην ενίσχυση του κεντρικού πυρήνα του σεισμικώς μονωμένου εδάφους και την παρεμβολή ενός πιο χαλαρού εδαφικού υλικού μεταξύ του τελευταίου και του περιβάλλοντος ελευθέρου πεδίου, όπως αυτό περιγράφηκε ανωτέρω. Στα Σχ. 9(a) και 9(b) περιγράφονται οι χρονοϊστορίες των επιταχύνσεων και των σχετικών μετακινήσεων, για την περίπτωση σύνθετης τραπεζοειδούς γεωμετρίας. Η εδαφική κίνηση στο ελεύθερο πεδίο είναι ένας παλμός Ricker, με μέγιστη επιτάχυνση.66g και χαρακτηριστική συχνότητα 1Hz. Η μέγιστη τιμή της επιτάχυνσης στην επιφάνεια του σεισμικώς μονωμένου εδάφους δεν ξεπερνάει το.2g, ενώ η μέγιστη ολίσθηση στην διεπιφάνεια φτάνει τα 1cm και η παραμένουσα το 1cm. Στην περίπτωση αυτή τα δύο τμήματα χαλαρού εδαφικού υλικού εκατέρωθεν του ενισχυμένου πυρήνα κινούνται κατακόρυφα, παραμορφούμενα ελαφρώς, προσφέροντας στο σύστημα δύναμη επαναφοράς. Ο ενισχυμένος κεντρικός πυρήνας μπορεί και ολισθαίνει επί του οριζοντίου τμήματος της γεωσυνθετικής διεπιφάνειας και λόγω της μικρής έντασης που εισάγεται σε αυτόν δεν εμφανίζονται πλαστικές παραμορφώσεις. 5. ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΚΑΙ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Συνοψίζοντας, συμπεραίνουμε ότι οι πιο αποτελεσματικές γεωμετρικές διαμορφώσεις είναι αυτές όπου η γεωσυνθετική διεπιφάνεια έχει είτε κυλινδρικό είτε σύνθετο τραπεζοειδές σχήμα. Η μείωση των επιταχύνσεων στην επιφάνεια του σεισμικώς μονωμένου εδάφους είναι σημαντική, η σχετική ολίσθηση είναι περιορισμένη, ενώ δεν εμφανίζονται ζώνες αστοχίας του εδαφικού υλικού. Συνολικά, μπορούμε να ισχυριστούμε ότι σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρείται μείωση των διαδιδομένων επιταχύνσεων, ανεξαρτήτως του εδαφικού προφίλ. Η μείωση όμως αυτή εξαρτάται σχεδόν αποκλειστικά από την γεωμετρία της γεωσυνθετικής διεπιφάνειας και όχι από τις ιδιότητες του σεισμικώς μονωμένου και του περιβάλλοντος εδάφους. Περαιτέρω έρευνα θα αποδείξει την ευεργετική επίδραση της μόνωσης με γεωσυνθετικά εντός του εδάφους. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 5

6 Transmitted Accl. / Table Accl (a) (b) Experimental, Harmonic 2 Hz Analytical, Harmonic 2 Hz Experimental Santa Cruz, a g,max =.6 g Analytical Santa Cruz, a g,max =.6 g Table Acceleration : g Σχήμα 3. Σύγκριση πειραματικών και αναλυτικών αποτελεσμάτων για την κυλινδρική γεωμετρία: (a) Αρμονική διέγερση (f = 2 Hz), (b) Επιταχυνσιογράφημα Santa Cruz (a g,max =.6 g) Figure 3. Comparison of experimental and analytical results for cylindrical-shaped liner : (a) harmonic excitation (f = 2 Hz), and (b) Santa Cruz record (a g,max =.6 g) Control motion.1 g.6 g S 2 1 T : s S 2 Control spectrum 1 T : s rock 2 S rock T : s (a) (b) Σχήμα. (a) Χρονοϊστορίες επιτάχυνσης, και (b) Φάσματα απόκρισης, για την κυλινδρική γεωμετρία. Διέγερση στο ελεύθερο πεδίο : Ricker f = 1 Hz, a ff,max =.66 g ; μαλακό εδαφικό προφίλ. Figure. (a) Acceleration time histories, and (b) Response Spectral acceleration for cylindrical liner geometry. Control motion : Ricker f = 1 Hz, a ff,max =.66 g ; soft soil profile..1 Δ 1 : m.1 Δ 2 : m Δ Δ 1 Δ 3 Δ 3 : m Σχήμα 5. Χρονοϊστορίες σχετικής μετακίνησης για την κυλινδρική γεωμετρία. Figure 5. Relative displacement time histories for cylindrical liner geometry. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 6

7 1. a isol / a ff.15 Δ max : m Ricker 1 Ricker 2 Ricker a ff : m/s Soft Soil Profile Hard Soil Profile f R : Hz Σχήμα 6. (a) Λόγος Μεγίστων Επιταχύνσεων (Μαλακό Εδαφικό Προφίλ), και (b) Μέγιστη Ολίσθηση στην Διεπιφάνεια. Figure 6. (a) Peak acceleration ratio (Soft soil profile), and (b) maximum slippage at the interface. Control motion.26 g g rock Σχήμα 7. Χρονοϊστορίες επιτάχυνσης για την λεκανοειδή γεωμετρία. Διέγερση στο ελεύθερο πεδίο: Ricker f = 1 Hz, a ff,max =.66 g ; μαλακό εδαφικό προφίλ. Figure 7. Acceleration time histories for tub liner geometry. Control motion: Ricker f = 1 Hz, a ff,max =.66 g ; soft soil profile. a 1 : m/s 2 a 2 : m/s 2 α : m/s2 a 3 : m/s a : m/s 2 a ff : m/s a 1 a 2 a 3 a a ff Σχήμα. Χρονοϊστορίες επιτάχυνσης κατά μήκος της επιφάνειας του μονωμένου εδάφους (λεκανοειδής γεωμετρία). Figure. Acceleration time histories along the surface of the isolated soil wedge (tub liner geometry). 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26 7

8 g.66 g Control ti Δ 1 : m Δ 2 : m Δ 2 Δ 1 rock Δ 3 : m Δ Σχήμα 9. Χρονοϊστορίες (a) Επιτάχυνσης, και (b) Σχετικής Μετατόπισης για την σύνθετη τραπεζοειδή γεωμετρία. Διέγερση στο ελεύθερο πεδίο : Ricker f = 1 Hz, a ff,max =.66 g ; μαλακό εδαφικό προφίλ. Figure 9. (a) Acceleration time histories, and (b) Relative displacement time histories for compound trapezoidal liner geometry. Control motion : Ricker f = 1 Hz, a ff,max =.66 g ; soft soil profile. 6. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Η παρούσα ερευνητική εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος ΠΕΝΕΔ 23 της ΓΓΕΤ (Κωδ. 3ΕΔ27). 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Skinner, R.I., Robinson, W.H., and McVerry, G.H. (1993), An Introduction to Seismic Isolation. John Wiley & Sons. Farzad, N. and Kelly, J. (1999), Design of Seismic Isolated Structures. From Theory to Practice. John Wiley & Sons. Jangid, R. S. and Kelly, J.M. (21), Base for near fault motions. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Yegian, M.K. and Kadakal, U. (2,a), Foundation Isolation for Seismic Protection Using a Smooth Synthetic Liner. Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, Yegian, M.K. and Katan, M. (2,b), Soil Isolation for Seismic Protection Using a Smooth Synthetic Liner. Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, Fardis, N., Georgarakos, P., Anastasopoulos, I., and Gazetas, G. (23), Sliding Isolation of Structures: Effect of Horizontal and Vertical Acceleration. Proceedings of the FIB 23 Symposium, Athens, Greece, 775. Makris, N. and Black, C.J. (2), Dimensional Analysis of Rigid-Plastic and Elastoplastic Structures under Pulse-Type Excitations. Journal of Engineering Mechanics, ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/26