ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΦΕΡΟΥΣΑΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΓΙΑ ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΚΑΙ ΜΕ ΡΑΒΔΟΥΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΕΓΚΟΠΕΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΦΕΡΟΥΣΑΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΓΙΑ ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΦΟΡΤΙΣΗ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ ΚΑΙ ΜΕ ΡΑΒΔΟΥΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΣΕ ΕΓΚΟΠΕΣ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΚΑΡΛΟΣ Μηχανολόγος & Αεροναυπηγός Μηχανικός ΙΟΥΛΙΟΣ 2005 ΠΑΤΡΑ

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές μου ευχαριστίες στον δάσκαλο και επιβλέποντα καθηγητή μου, καθηγητή Αθανάσιο Τριανταφύλλου, για την καθημερινή και ακούραστη καθοδήγησή του σε όλη την διάρκεια της παρούσας εργασίας, για την αμέριστη συμπαράσταση και της ουσιαστική, τόσο σωματική όσο και ψυχική, παρουσία του όταν αυτή ήταν απαραίτητη. Επίσης, θα ήθελα να ευχαριστήσω τη Λέκτορα κα. Αικατερίνη Παπανικολάου για την έμπρακτη βοήθεια και υποστήριξη που μου προσέφερε για την διεξαγωγή των πειραματικών δοκιμών, στο εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών, αλλά και για την ολοκλήρωση αυτής της εργασίας. Η συνεισφορά της στην βιβλιογραφική αναζήτηση ήταν καταλυτική ενώ, η πόρτα του γραφείου της ήταν πάντα ανοιχτή. I

3 Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΤΥΠΟΙ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΟΡΙΣΜΟΣ ΔΟΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΤΡΟΠΟΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ & ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ 18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΥΛΙΚΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΚΑΙ ΟΠΛΙΣΗΣ ΟΠΤΟΠΛΙΝΘΟΔΟΜΗΣ ΓΕΝΙΚΑ ΟΠΤΟΠΛΙΝΘΟΙ ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑΜΑ ΔΟΜΗΣΗΣ ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑΜΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ (ΜΗΤΡΑ ΑΝΘΡΑΚΟΫΦΑΣΜΑΤΟΣ) ΑΝΘΡΑΚΟΝΗΜΑΤΑ Γενικές αρχές Ανθρακοϋφάσματα (πλέγμα από ίνες άνθρακα) Ράβδοι ανθρακονήματος ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑΜΑ ΕΠΙΣΚΕΥΏΝ (ΓΙΑ ΣΤΗΡΙΞΕΙΣ ΔΟΚΙΜΙΩΝ) ΕΠΙΧΡΙΣΜΑ 54 II

4 2.8 ΕΠΟΞΕΙΔΙΚΗ ΡΗΤΙΝΗ ΕΠΟΞΕΙΔΙΚΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΙΑΜΑ ΕΠΙΠΕΔΩΤΙΚΟ ΤΣΙΜΕΝΤΟΚΟΝΊΑΜΑ 60 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΑΝΤΟΧΕΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΚΑΜΨΗ ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΜΕ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΤΑΣΕΩΝ ΚΑΘΕΤΑ ΣΤΟΥΣ ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΥΣ ΑΡΜΟΥΣ & ΑΞΟΝΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ (ΠΕΣΣΟΙ) ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑ ΤΗΣ ΑΟΠΛΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ (ΔΟΚΙΜΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ) ΑΣΤΟΧΙΑ ΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Ενίσχυση με ανθρακοϋφασμα και εποξειδική ρητίνη Ενίσχυση με ανθρακοϋφασμα και ανόργανη μήτρα (τσιμεντοκονίαμα) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΔΥΝΑΜΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 116 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΔΙΑΤΜΗΣΗ ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΜΕ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ ΤΑΣΕΩΝ ΠΑΡΑΛΛΗΛΗ ΣΤΟΥΣ ΚΥΡΙΟΥΣ ΑΡΜΟΥΣ (ΥΠΕΡΘΥΡΑ) ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ 118 III

5 5.2 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑ ΤΗΣ ΑΟΠΛΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ (ΔΟΚΙΜΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ) ΑΣΤΟΧΙΑ ΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Αστοχία ενίσχυσης με ανθρακοϋφασμα και εποξειδική ρητίνη Αστοχία ενίσχυσης με ανθρακοϋφασμα και ανόργανη μήτρα (τσιμεντοκονίαμα) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΔΥΝΑΜΗΣ-ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 131 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΔΙΑΤΜΗΣΗ ΣΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΥΠΟΥ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΟΥ ΤΟΙΧΩΜΑΤΟΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΔΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΙΣΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΦΟΡΤΙΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑ ΤΗΣ ΑΟΠΛΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ (ΔΟΚΙΜΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ) ΑΣΤΟΧΙΑ ΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Αστοχία ενίσχυσης με ανθρακοϋφασμα και εποξειδική ρητίνη Αστοχία ενίσχυσης με ανθρακοϋφασμα και ανόργανη μήτρα (τσιμεντοκονίαμα) Αστοχία ενίσχυσης με ράβδους ανθρακονήματος σε βαθιά αρμολόγιση (nsm) ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΔΥΝΑΜΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 163 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΝΟΛΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 166 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 169 IV

6 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα Σελίδα 1.1 Τυπική μορφή κτηρίου από φέρουσα τοιχοποιίας Διάφοροι τύποι τοιχοποιίας (μονόστρωτη, συμπαγής, δίστωτη, με 10 πυρήνα) 1.3 Συνήθεις αστοχίες τοιχοποιίας (Earthquake-Resistant Construction of Adobe Buildings, March 2003 [31]) Παραμόρφωση και ρηγμάτωση κτηρίου χωρίς οριζόντια διαφράγματα 11 από φέρουσα τοιχοποιία κατά την διάρκεια της σεισμικής δράσης (Proffesor Kuldeep S. Virdi, PhD DIC CEng FICE FIStructE, Director, Engineering Structures Research Centre City University, London). 1.5 Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας για εκτός επιπέδου καταπόνηση Ενδεικτική διάταξη σύνθετων υλικών για ενίσχυση σε εκτός επιπέδου 15 κάμψη. 1.8 Διάταξη ενίσχυσης για εντός επιπέδου κάμψη με οπλισμό στην εφελκυόμενη ζώνη (πεσσοί, υπέρθυρα) Διάταξη της ενίσχυσης σε στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος Διάγραμμα τάσης μετατόπισης εμβόλου μηχανής για φόρτιση κάθετα Διάγραμμα τάσης μετατόπισης εμβόλου μηχανής για φόρτιση κάθετα στις οπές. 2.3 Διαστάσεις και μορφή του πλέγματος από ανθρακονήματα που χρησιμοποιήθηκε για την ενίσχυση των δοκιμίων Διάγραμμα εύρεσης λόγου Poisson (v) για τοιχοποιία Ηµιεµπειρικές εκτιµήσεις, Θ.Π. Τάσιος, Μ. Χρονόπουλος, Πειραµατικά αποτελέσµατα, Γ. Μάνος, 1979 (δροµικές πτοπλινθοδοµές) Ηµιεµπειρικές εκτιµήσεις, Β. Καλευράς, Αναπαράσταση ενός «LVDT» Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης για διεύθυνση φόρτισης κάθετα στους 72 αρμούς. 3.7 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης για διεύθυνση φόρτισης παράλληλα στους αρμούς. 73 V

7 4.1 Σχηματική αναπαράσταση του μηχανισμού αστοχίας κατά την διαμήκη διεύθυνση μιας στρώσης με παράλληλες ίνες. α) πριν την θραύση, b) όταν η ρητίνη θραύεται πριν από τις ίνες ε * f>ε * m, c) πολλαπλή θραύση της μήτρας, d) όταν οι ίνες θραύονται πριν από την μήτρα ε * f<ε * m. 4.2 α)καμπύλες τάσεων παραμορφώσεων ίνας μήτρας για ε * f>ε * m. β) Μεταβολή της αντοχής θραύσης μιας στρώσης με ίνες παραλληλες συναρτήσει του V f για ε * f>ε * m. 4.3 α) Καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων ίνας και μήτρας για ε * f<ε * m. β) Μεταβολή της αντοχής θραύσης μιας στρώσης με παράλληλες ίνες συναρτήσει του V f για ε * f<ε * m Καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων σε έναν πολυεστέρα γενικής χρήσης, σε εφελκυσμό και θλίψη. Χαρακτηριστική η τάση αστοχίας σε θλίψη είναι 30% μεγαλύτερη από εφελκυσμό ενώ, και παραμορφώσεις αστοχίας έχουν διαφορά. 4.5 Τρόπος τοποθέτησης ενίσχυσης και από τις δύο πλευρές του δοκιμίου Παραμορφώσεις, τάσεις, εσωτερικές και εξωτερικές δυνάμεις για την ενισχυμένη τοιχοποιία με μανδύα μήτρας τσιμεντοκονιάματος 4.7 Παραμορφώσεις, τάσεις, εσωτερικές και εξωτερικές δυνάμεις για την ενισχυμένη τοιχοποιία με μανδύα μήτρας εποξειδικής ρητίνης 4.8 Δενδροδιάγραμμα δοκιμίων που κατασκευάστηκαν για εντός επιπέδου κάμψη σε στοιχεία τύπου πεσσού. 4.9 Κάμψη τριών σημείων, μονοτονική (για την περίπτωση των δοκιμίων ελέγχου αριστερά), και ανακυκλιζόμενη (δεξιά) Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για τα δοκίμια ελέγχου με 10% (αριστερά) και 25% (δεξιά) αξονικό φορτίο 4.11 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για τα δοκίμια ενισχυμένα αμφίπλευρα με μία στρώση μανδύα, με μήτρας εποξειδικής ρητίνης, με 10% (αριστερά) και 25% (δεξιά) αξονικό φορτίο 4.12 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για τα δοκίμια ενισχυμένα αμφίπλευρα με μία στρώση μανδύα, με μήτρας τσιμεντοκονιάματος, με 10% (αριστερά) και 25% (δεξιά) αξονικό φορτίο Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για τα δοκίμια ενισχυμένα αμφίπλευρα με δύο στρώσεις μανδύα, με μήτρας τσιμεντοκονιάματος, με 10% (αριστερά) και 25% (δεξιά) αξονικό φορτίο Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για όλα τα δοκίμια για 10% (αριστερά) και 25% (δεξιά) αξονικό φορτίο VI

8 4.15 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για όλα τα δοκίμια με αξονικό φορτίο 10% και με 25% την θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας Σχετική αύξηση ροπής αντοχής ενισχυμένων δοκιμίων σε σύγκριση με αυτά του ελέγχου για 10% και 2.5% ποσοστό αξονικού φορτίου Σχετική αύξηση παραμορφωσιμότητας ενισχυμένων δοκιμίων σε σύγκριση με αυτήν του ελέγχου για 10% και 2.5% ποσοστό αξονικού φορτίου. 5.1 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για το δοκίμιο ελέγχου (αριστερά) και για όλα τα δοκίμια (δεξιά). 5.2 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για το δοκίμιο ενισχυμένο αμφίπλευρα με μία στρώση μανδύα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης (αριστερά) και για το αντίστοιχο δοκίμιο με μήτρα κονιάματος (δεξιά). 5.3 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για το δοκίμιο ενισχυμένο αμφίπλευρα με δύο στρώσεις μανδύα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης (αριστερά) και για το αντίστοιχο δοκίμιο με μήτρα κονιάματος (δεξιά). 5.4 Σχετική αύξηση ροπής αντοχής και παραμορφωσιμότητας ενισχυμένων δοκιμίων σε σύγκριση με αυτά του ελέγχου. 6.1 Σχηματική αναπαράσταση του τρόπου φόρτισης των δοκιμίων τύπου διατμητικού τοιχώματος. 6.2 Αστοχία τύπου λικνισμού («Rocking») κατά την οποία λαμβάνει χώρα ρηγμάτωση και διόγκωση των αρμών στην εφελκυόμενη πλευρά του δοκιμίου και αντίθετα θλιπτική αστοχία (περιορισμένη με τοπικό χαρακτήρα ή εκτεταμένη με γενικό χαρακτήρα) στην θλιβόμενη πλευρά. 6.3 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για τα δοκίμια ελέγχου με 10% (αριστερά) και 2.5% (δεξιά) αξονικό φορτίο. 6.4 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης (για 10% αξονικό φορτίο) για δοκίμια ενισχυμένα αμφίπλευρα με μία στρώση μανδύα, με μήτρας εποξειδικής ρητίνης (αριστερά) και με μήτρα τσιμεντοκονιάματος (δεξιά). 6.5 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης (για 2.5% αξονικό φορτίο) για δοκίμια ενισχυμένα αμφίπλευρα με μία στρώση μανδύα, με μήτρας εποξειδικής ρητίνης (αριστερά) και με μήτρα τσιμεντοκονιάματος (δεξιά). 6.6 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης (για 10% αξονικό φορτίο) για δοκίμια ενισχυμένα αμφίπλευρα με δύο στρώσεις μανδύα, με μήτρας εποξειδικής ρητίνης (αριστερά) και με μήτρα τσιμεντοκονιάματος (δεξιά) VII

9 6.7 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης (για 2.5% αξονικό φορτίο) για δοκίμια ενισχυμένα αμφίπλευρα με δύο στρώσεις μανδύα, με μήτρας εποξειδικής ρητίνης (αριστερά) και με μήτρα τσιμεντοκονιάματος (δεξιά). 6.8 Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για το δοκίμιο με ενίσχυση οπλισμού σε εγκοπές για αξονικό φορτίο 10% της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας Διαγράμματα δύναμης-μετατόπισης για όλα τα δοκίμια Σχετική αύξηση ροπής αντοχής ενισχυμένων δοκιμίων σε σύγκριση με αυτά του ελέγχου για 10% και 2.5% ποσοστό αξονικού φορτίου Σχετική αύξηση παραμορφωσιμότητας ενισχυμένων δοκιμίων σε σύγκριση με αυτή του ελέγχου για 10% και 2.5% ποσοστό αξονικού φορτίου VIII

10 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 2.1 Τυπικές διαστάσεις οπτόπλινθων (ΤΕΕ). 2.2 Μέση θλιπτική αντοχή διάτρητης εξάοπης οπτοπλίνθου (υλικού κατασκευής δοκιμίων φέρουσας τοιχοποιίας) από παραγωγό της Αχαΐας. Σελίδα Κανονιστικές παραπομπές ιδιοτήτων κονιαμάτων δόμησης Συνδυασμοί υλικών αναλόγως του τρόπου παραγωγής Κατηγορίες κονιαμάτων Σχέση μεταξύ ελάχιστης θλιπτικής αντοχής και αναλογιών συστατικών κ.ο Εφελκυστική και θλιπτική αντοχή κονιαμάτων δόμησης φέρουσας τοιχοποιίας. 2.8 Μηχανικές αντοχές ανόργανης μήτρας ενίσχυσης σύμφωνα με τον κατασκευαστή. 2.9 Εφελκυστική και θλιπτική αντοχή κονιάματος ενίσχυσης φέρουσας τοιχοποιίας Μηχανικά χαρακτηριστικά των ινών άνθρακα (από τις οποίες είναι κατασκευασμένο το πλέγμα ενίσχυσης) Μηχανικά χαρακτηριστικά πλέγματος ανθρακονήματος Μηχανικές ιδιότητες ράβδου ανθρακονήματος που χρησιμοποιείται ως οπλισμός σε εγκοπή επιφανείας «NSM» Φυσικά χαρακτηριστικά επισκευαστικού κονιάματος στηρίξεων Τεχνικά χαρακτηριστικά επισκευαστικού κονιάματος στηρίξεων Τεχνικά χαρακτηριστικά κονιάματος επίχρισης Τεχνικά χαρακτηριστικά μήτρας εποξειδικής ρητίνης ενίσχυσης Αναλογίες ανάμιξης και φυσικές ιδιότητες εποξειδικού τσιμεντοκονιάματος Τεχνικά χαρακτηριστικά εποξειδικού τσιμεντοκονιάματος Αναλογίες ανάμιξης και φυσικές ιδιότητες αυτεπιπεδούμενου τσιμεντοκονιάματος. 61 IX

11 2.20 Τεχνικά χαρακτηριστικά αυτεπιπεδούμενου τσιμεντοκονιάματος Συντελεστές α, β μαθηματικού τύπου για θεωρητικό υπολογισμό μέτρου ελαστικότητας τοιχοποιίας. 3.2 Αποτελέσματα ημιεμπειρικών σχέσεων για τον υπολογισμό της αντοχής της τοιχοποιίας που ενισχύθηκε στις πειραματικές δοκιμές Μηχανικές αντοχές τοιχοποιίας σε διεύθυνση κάθετα στους αρμούς Μηχανικές αντοχές τοιχοποιίας σε διεύθυνση παράλληλα στους αρμούς. 4.1 Συγκριτικά δεδομένα θεωρητικού υπολογισμού ενίσχυσης και πειραματικών αποτελεσμάτων σε δοκίμια τύπου πεσσού. 4.2 Πειραματικά αποτελέσματα για εντός επιπέδου κάμψη στοιχείων τύπου πεσσού. 5.1 Συγκριτικά δεδομένα θεωρητικού υπολογισμού ενίσχυσης και πειραματικών αποτελεσμάτων σε δοκίμια τύπου υπέρθυρου. 5.2 Μέγιστες δυνάμεις και βέλη κάμψης για τις δοκιμές διάτμησης εντός επιπέδου σε στοιχεία τύπου υπέρθυρων. 6.1 Συγκριτικά δεδομένα θεωρητικού υπολογισμού ενίσχυσης και πειραματικών αποτελεσμάτων σε δοκίμια τύπου διατμητικού τοιχώματος. 6.2 Μέγιστες δυνάμεις και μετατοπίσεις στάθμης επιβολής φορτίου για τις δοκιμές διάτμησης εντός επιπέδου σε στοιχεία τύπου τοιχώματος X

12 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα Σελίδα Ε.1 Τυπική κατασκευή από φέρουσα τοιχοποιία που χρήζει ενίσχυσης Κτήριο από φέρουσα τοιχοποιία με πλάκα οροφής από οπλισμένο 8 σκυρόδεμα. 1.2 Τυπικά κτήρια στο κέντρο της Πράγας Κατοικία από Φέρουσα Τοιχοποιία στην παραλιακή ζώνη της Πάτρας στην Αχαΐα. 1.4 Ράβδος σύνθετου υλικού (ανθρακόνημα) σε εγκοπή στην θέση του αρμού. 1.5 Εφαρμογή της μεθόδου «NSM» με χαλύβδινη ράβδο σε εγκοπή κατασκευής από οπλισμένο σκυρόδεμα. 1.6 Δοκίμιο φέρουσας τοιχοποιίας ενισχυμένο με ύφασμα από ανθρακόνημα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης Κλασική μορφή 6-οπου οπτόπλινθου Πρέσα 1600 kn της «RMU» Οπτόπλινθοι προς δοκιμή επιπεδωμένοι με κονίαμα υψηλής αντοχής Tοποθέτηση δοκιμίων στην πρέσα στις διευθύνσεις παράλληλα και κάθετα στις οπές Αστοχία οπτόπλινθων για φόρτιση κάθετα στις οπές Αστοχία οπτόπλινθων για φόρτιση παράλληλα στις οπές Δοκίμια κονιάματος δόμησης Υδραυλική μηχανή θλίψης, εφελκυσμού, κόπωσης της «MTS», δυναμικότητα 250kN Κάμψη τριών σημείων και θλίψη σε δοκίμια κονιάματος δόμησης Ύφασμα κατασκευασμένο από ανθρακονήματα με ίνες σε μία διεύθυνση Ανθρακοϋφασμα με ίνες σε δύο διευθύνσεις Εφαρμογή ενίσχυσης πλάκας οπλισμένου σκυροδέματος με προκατασκευασμένα ελάσματα ανθρακονήματος επικολλημένα στην πλάκα. XI 46

13 2.13 Πλέγμα ανθρακονημάτων, προκατασκευασμένη ράβδος ανθρακονημάτων με πολυμερισμένη μήτρα, ανθρακοϋφασμα μίας διεύθυνσης Παράδειγμα εφαρμογής του συστήματος ενίσχυσης με ανόργανη μήτρα-πλέγμα ανθρακονήματος σε τοιχοποιία Μηχανική κοπή προπαρασκευασμένης - πολυμερισμένης ράβδου από 50 ανθρακόνημα και τοποθέτησή της σε οριζόντιο αρμό τοιχοποιίας (δεξιά) Ράβδος ανθρακονήματος πριν και μετά την μηχανική κοπή Κατασκευή στηρίξεων σε δοκίμιο φόρτισης εκτός επιπέδου Ρητίνη δύο συστατικών για την ενίσχυση της τοιχοποιίας και ο μηχανικός αργόστροφος αναδευτήρας Πρέσα 4000kN Πειράματα προσδιορισμού της αντοχής της τοιχοποιίας στις δύο κάθετες μεταξύ τους διευθύνσεις (κάθετα και παράλληλα στους αρμούς). 4.1 Ρηγμάτωση της εποξειδικής ρητίνης και όχι των ινών κατά την διάρκεια των πειραματικών δοκιμών ενισχυμένης φέρουσας τοιχοποιίας. 4.2 Τομή ενισχυμένης διατομής (αριστερά) και πλέγματος από ίνες άνθρακα (δεξιά). Φαίνεται καθαρά η έλλειψη εμποτισμού των ινών από την ανόργανη μήτρα 4.3 Ενίσχυση, με πλέγμα από ίνες άνθρακα και ανόργανη μήτρα τσιμεντοκονιάματος, που έχει αστοχήσει μερικώς σε εναλλασσόμενο φορτίο. Φαίνεται η μεμονωμένη θραύση ινών και όχι συσσωματώματος. 4.4 Αστοχία ανόργανης μήτρας κονιάματος υπό εφελκυστική φόρτιση. Οι ίνες άνθρακα σε αυτή την φάση της δοκιμής παραλαμβάνουν όλες τις δυνάμεις της σύνθετης διατομής ενίσχυσης. 4.5 Λυγισμός πλέγματος ινών άνθρακα μετά από αστοχία τη ανόργανης μήτρας κονιάματος Διαδικασία δόμησης και επίχρισης των δοκιμίων Διαδικασία ενίσχυσης δοκιμίων με οπλισμένο με πλέγμα κονίαμα «TRM» Τελική εμφάνιση δοκιμίου ενισχυμένου με την μέθοδο «TRM» Επιφανειακές εσοχές οπτόπλινθων που πρέπει να πληρωθούν με ρητίνη. 93 XII

14 4.10 Διαδικασία εμποτισμού του πλέγματος ινών άνθρακα με εποξειδική ρητίνη και η τελική μορφή της επιφανείας του δοκιμίου Κατασκευή στηρίξεων, για την καμπτική εντός επιπέδου φόρτιση (αριστερά) και για το αξονικό φορτίο (δεξιά) Διαστάσεις στηρίξεων φόρτισης και έδρασης των δοκιμίων Πλαίσιο φόρτισης στο οποίο πραγματοποιήθηκαν οι πειραματικές δοκιμές (αριστερά) και σφαιρική άρθρωση στο άκρο του κατακόρυφου εμβόλου φόρτισης (δεξιά) Πειραματική διάταξη κάμψης εντός επιπέδου με αξονικό φορτίο σε δοκίμια τύπου πεσσού (τάσεις κάθετα στους αρμούς) Μία από τις 6 αρθρώσεις στήριξης του δοκιμίου. Διάμετρος πείρου Φ50, διαστάσεις κάτοψης άρθρωσης 100x250mm Υδραυλικά έμβολα επιβολής αξονικού φορτίου Τρόπος στήριξης γραμμικού ποτενσιόμετρου μέτρησης μετακίνησης με σφαιρικά αρθρωτά άκρα Αρθρωτή σύνδεση του υδραυλικού εμβόλου επιβολής αξονικού φορτίου με το δοκίμιο (απουσία μηχανικής σύνδεσης απλή έδραση) Πειραματική διάταξη μονοτονικής φόρτισης για κάμψη εντός επιπέδου σε δοκίμιο ελέγχου (με 10% αξονικό φορτίο) που έχει επιχριστεί (αριστερά), δημιουργία κατακόρυφης ρωγμής αστοχίας στο μέσον του ανοίγματος Πειραματική διάταξη για μονοτονική φόρτιση για κάμψη εντός επιπέδου σε δοκίμιο ελέγχου (με 25% αξονικό φορτίο) που δεν έχει επιχριστεί (αριστερά), δημιουργία κατακόρυφης ρωγμής αστοχίας στο μέσον του ανοίγματος Εντός επιπέδου κάμψη σε δοκίμια με αξονικό φορτίο 10% της θλιπτικής αντοχής τους με μικρές στηρίξεις (αριστερά) και με μεγάλες στηρίξεις (δεξιά) Αστοχία δοκιμίου I 0.10 _F_R1 στο σημείο που εδράζεται η άρθρωση στο σημείο επιβολής του φορτίου του εμβόλου και υποχώρηση των στηρίξεων πλάτους 100mm (αριστερά) και 250mm (δεξιά) Καμπτική ανακυκλιζόμενη φόρτιση σε δοκίμιο I 0.25 _F_R1 τύπου «λαμπά» με 25% της θλιπτικής αντοχής αξονικό φορτίο. Αστοχία στη διεπιφάνεια ενίσχυσης τοίχου με αποκόλληση του μανδύα ενίσχυσης (κεντρική) και υποχώρηση των στηρίξεων (δεξιά) XIII

15 4.24 (I 0.10 _F_M1) Κάμψη εντός επιπέδου σε δοκίμιο ενισχυμένο με μία στρώση πλέγματος ιών άνθρακα και ανόργανη μήτρα τσιμεντοκονιάματος με 10% αξονικό φορτίο (αριστερά). Κατανεμημένες καμπτικές ρωγμή στην εφελκυόμενη ζώνη με «άνοιγμα» μεγάλου αριθμού αρμών (δεξιά) Θλιπτική αστοχία του μανδύα ενίσχυσης (δεξιά) μαζί με ταυτόχρονη θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας στη θλιβόμενη ζώνη (αριστερά) για το δοκίμιο I 0.10 _F_M Δοκίμιο I 0.25 _F_M1. Ρηγμάτωση των αρμών λόγω εφελκυστικών δυνάμεων (κέντρο). Θλιπτική αστοχία στην άνω θλιβόμενη ζώνη (αριστερά) Δοκίμιο I 0.10 _F_M2. Ρωγμές στην θλιβόμενη ζώνη που δεν παρουσιάζονται στην διεπιφάνεια ενίσχυσης τοιχοποιίας όπως στην περίπτωση της ρητίνης (κέντρο). Θλιπτική αστοχία στην κεντρική στήριξη και διόγκωση του μανδύα λόγω υποχώρησης των στηρίξεων 4.28 Δοκίμιο I 0.25 _F_M2. Υποχώρηση στήριξης στην άνω θλιβόμενη ζώνη (κέντρο). Υποχώρηση στήριξης και εκτεταμένη θλιπτική αστοχία στην κάτω θλιβόμενη ζώνη Κατασκευή δοκιμίων τύπου υπέρθυρου Πειραματική διάταξη για την δοκιμή σε εντός επιπέδου διάτμηση σε στοιχεία τύπου δοκού (υπέρθυρα). 5.3 Μονοτονική φόρτιση δοκιμίου ελέγχου I_S b _C (αριστερά), έναρξη ρηγμάτωσης στο κέντρο του δοκιμίου (κέντρο) και καμπτική αστοχία του δοκιμίου (δεξιά). 5.4 Πειραματική δοκιμή δοκιμίου I_S b _R1 (αριστερά), αποκόλληση μανδύα (κέντρο), θλιπτική αστοχία λόγο διάτρησης στην περιοχή της άρθρωσης. 5.5 Πειραματική δοκιμή δοκιμίου I_S b _R2 (αριστερά), θλιπτική αστοχία της ακραίας στήριξης του δοκιμίου στο πλαίσιο δοκιμών (κέντρο) και θλιπτική αστοχία με διάτρηση στο σημείο της άρθρωσης. 5.6 Πειραματική δοκιμή δοκιμίου I_S b _Μ1 (αριστερά), καμπτοδιατμητική ρωγμή στην περιοχή της κεντρική στήριξης (κέντρο), ρηγματώσεις τόσο στην θλιβόμενη όσο και στην εφελκυόμενη ζώνη. 5.7 Δοκίμιο I_S b _Μ1, εφελκυσμός ινών (αριστερά), θλίψη ινών (κέντρο), αποκόλληση μανδύα (δεξιά) XIV

16 5.8 Δοκίμιο I_S b _Μ1, δοκιμή επιβεβαίωσης αποκόλλησης μανδύα (αριστερά), διάτρηση του τοιχίσκου από την κεντρική στήριξη 5.9 Δοκίμιο I_S b _Μ2 θλιπτική αστοχία των οπτόπλινθων της αριστερής στήριξης (κέντρο) και θλιπτική αστοχία των οπτόπλινθων της μεσαίας στήριξης (αριστερά). 6.1 Κατασκευή τοιχίσκων τύπου διατμητικού τοιχώματος (αριστερά), διάνοιξη εγκοπών στο ύψος των οριζόντιων αρμών των τοιχίσκων (κέντρο, αριστερά). 6.2 Καθαρισμός με την βοήθεια αέρα των εγκοπών στους αρμούς των δοκιμίων (αριστερά), καλή διαβροχή μέχρι κορεσμό των εγκοπών για την τοποθέτηση του τσιμεντοειδούς κονιάματος. 6.3 Τοποθέτηση οπλισμών «NSM» (αριστερά, κέντρο), τελική όψη δοκιμίου με οπλισμό κάθε δεύτερο αρμό (συνολικά 18 ράβδοι οπλισμού). 6.4 Συγκολλητές ντίζες και κοιλοδοκός στο πλαίσιο των πειραματικών δοκιμών για τις ανάγκες των πειραμάτων σε δοκίμια τύπου διατμητικού τοιχώματος. 6.5 Πλαίσιο επιβολής μετατόπισης (φόρτισης) στο άνω τμήμα των δοκιμίων τύπου διατμητικού τοιχώματος. Το πλαίσιο αποτελείται από μία οριζόντια (Ι διατομής) δοκό και από δύο μικρότερες ίδιας διατομής κατακόρυφες δοκοί από «μορφοχάλυβα» κοχλιωμένες μεταξύ τους 6.6 Σύστημα επιβολής αξονικού φορτίου με ζεύγος υδραυλικών εμβόλων στα δοκίμια τύπου διατμητικού τοιχώματος. 6.7 Τρόπος πάκτωσης της βάσης του δοκιμίου στο πλαίσιο πειραματικών δοκιμών. Φαίνεται η χρήση εποξειδικής ρητίνης για την συγκόλληση των διαμήκων κοιλοδοκών στο δοκίμιο καθώς και η κοχλίωση των εγκάρσιων κοιλοδοκών και η σύνδεση αυτών με ντίζες προέντασης. 6.8 Κονίαμα δόμησης δοκιμίων. Φαίνεται ο τρόπος με τον οποίο αλληλοεμπλέκονται κονίαμα και οπτόπλινθοι. 6.9 Πειραματική διάταξη δοκιμίου ελέγχου με 10% της θλιπτικής αντοχής αξονικό φορτίο. Το δοκίμιο είναι επιχρισμένο και βαμμένο με ακρυλικό λευκό χρώμα Ρηγμάτωση του δοκιμίου ελέγχου I 0.10 _S w _C στην βάση και για τις δύο διευθύνσεις φόρτισης. Φαίνεται η αλλαγή της φοράς της ρωγμής μεταξύ δύο αρμών Πειραματική διάταξη δοκιμίου ελέγχου I _S w _C (αριστερά) και αστοχία του δοκιμίου με οριζόντια ρηγμάτωση στον αρμό της βάση πάνω από την πάκτωση (δεξιά) XV

17 6.12 Πειραματική δοκιμή τοιχίσκου I 0.10 _S w _R1 και θραύση τμήματος του μανδύα στην εφελκυόμενη ζώνη (δεξιά) Κατάσταση δοκιμίου I 0.10 _S w _R1 πριν (αριστερά) και μετά την θλιπτική αστοχία στην γωνία της πάκτωσης (κέντρο, δεξιά) Πειραματική δοκιμή τοιχίσκου I S w _R1 και θραύση τμήματος του μανδύα στην εφελκυόμενη ζώνη (δεξιά) Κατάσταση δοκιμίου I _S w _R1 στον πρώτο κύκλο φόρτισης (αριστερά) και σταδιακή μετάβαση στην αστοχία της γωνίας του δοκιμίου στην πάκτωσης (κέντρο, δεξιά) Πειραματική δοκιμή τοιχίσκου I 0.10 _S w _R2 και θραύση της εποξειδικής ρητίνης πάκτωσης-αγκύρωσης του δοκιμίου (δεξιά) Ρηγμάτωση του επισκευαστικού κονιάματος στην πάκτωση του δοκιμίου I 0.10 _S w _R2 (αριστερά) και όψη της σχεδόν ακέραιας κάτω γωνίας του δοκιμίου μετά την αφαίρεση της πάκτωσης (δεξιά) Θλιπτική αστοχία στο κάτω δεξί τμήμα στην πάκτωση του τοιχίσκου I _S w _R2. Στην αριστερή εικόνα φαίνεται ο λυγισμός του μανδύα, λόγο της αστοχίας των οπτόπλινθων, αλλά όχι η θραύση του Πειραματική διάταξη δοκιμίου I 0.10 _S w _Μ1 (αριστερά) και εφελκυστική ρηγμάτωση της μήτρας ενίσχυσης τσιμεντοκονιάματος στην εφελκυόμενη ζώνη, χωρίς θραύση των ινών άνθρακα (δεξιά) Θλιπτική αστοχία δοκιμίου I 0.10 _S w _Μ1 λόγω θραύσης των οπτόπλινθων στην θλιβόμενη ζώνη Πειραματική δοκιμή τοιχίσκου I _S w _Μ1 και εμφάνιση ρωγμής της μήτρας κονιάματος (και όχι του πλέγματος από ανθρακονήματα) στην εφελκυόμενη ζώνη του δοκιμίου (δεξιά) Κατάσταση οπτόπλινθων, στο ύψος της πάκτωσης, πριν (αριστερά) και μετά την θλιπτική αστοχία τους (δεξιά), που αποτέλεσε και την αστοχία του τοιχίσκου Πειραματική δοκιμή τοιχίσκου I 0.10 _S w _Μ2. Κατάσταση οπτόπλινθων, στο ύψος της πάκτωσης, πριν (κέντρο) και μετά την θλιπτική αστοχία τους (δεξιά), που αποτέλεσε και την αστοχία του τοιχίσκου Πειραματική δοκιμή τοιχίσκου I _S w _Μ2. Κατάσταση οπτόπλινθων, στο ύψος της πάκτωσης, πριν (κέντρο) και μετά την θλιπτική αστοχία τους (δεξιά), που αποτέλεσε και την αστοχία του τοιχίσκου XVI

18 6.25 Πειραματική δοκιμή τοιχίσκου I 0.10 _S_nsm10 συμπεριφορά όμοια με αυτή του δοκιμίου ελέγχου χωρίς ενίσχυση. Οριζόντια ρηγμάτωση στο ύψος της πάκτωσης, με όδευση της ρωγμής μεταξύ δύο αρμών (κέντρο, αριστερά). 156 XVII

19 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η τοιχοποιία αν και είναι το αρχαιότερο δομικό υλικό, έχει στις μέρες μας, λόγω της χρήσης σύγχρονων υλικών, περιοριστεί κυρίως στην πλήρωση του σκελετού των οικοδομικών έργων. Οι οπτοπλινθοδομές, που αποτελούνται από ψημένες (οπτές) πλίνθους, κοινώς τούβλα, τα οποία είναι συνήθως από αργιλικό υλικό (πηλό), είναι σήμερα κοινή πρακτική στην περίπτωση των τοιχοπληρώσεων για κτήρια από οπλισμένο σκυρόδεμα ή χάλυβα. Ωστόσο, δεν ήταν πάντα αυτή η πραγματικότητα. Στο πρόσφατο παρελθόν τα κτηρίων (στην πλειονότητα του) ήταν κατασκευασμένη από φέρουσα τοιχοποιία και μάλιστα οπτοπλινθοδομή (Εικ.Ε.1). Η προσπάθεια για διατήρηση τέτοιων κτηρίων, με σύμμαχο πολλές φορές την αρχαιολογική υπηρεσία, οδήγησε στην αναζήτηση τεχνικών αποτελεσματικής και οικονομικής ενίσχυσης της τοιχοποιίας. Εικ.Ε.1 Τυπική κατασκευή από φέρουσα τοιχοποιία που χρήζει ενίσχυσης. Μια από τις πολλές δομικές εφαρμογές των συνθέτων υλικών, είτε αυτά έχουν την μορφή ινοπλισμένων πολυμερών είτε την μορφή ινοπλισμένων κονιαμάτων, είναι και η ενίσχυση τοιχοποιίας, φέρουσας ή μη. Τα σύνθετα υλικά είναι δυνατό να δώσουν λύση σε προβλήματα στατικής επάρκειας και αναβάθμιση στάθμης επιτελεστικότητας κτηρίων σύμφωνα με τους Ευρωκώδικες. Τα πλεονεκτήματα των ινοπλισμένων υλικών είναι:

20 2 Καλή αντίσταση στην διάβρωση Ευκολία στην εφαρμογή σε υπάρχουσες κατασκευές Προσαρμόζονται εύκολα στη στάθμη ενίσχυσης που απαιτείται Είναι γενικά μη παρεμβατική μέθοδος γεγονός που την κάνει ιδιαίτερα ελκυστική σε ιστορικά κτήρια Έχουν υψηλό λόγο αντοχής προς μάζα και δυσκαμψίας προς μάζα, γεγονός που αποτελεί κρίσιμο παράγοντα σε σεισμικές ενισχύσεις, αφού αύξηση της μάζας προκαλεί και αύξηση των σεισμικών φορτίων. Τα μειονεκτήματα ωστόσο, των ινοπλισμένων πολυμερών με μήτρα εποξειδικής ρητίνης είναι αρκετά και για αυτό τον λόγο γίνεται προσπάθεια αντικατάστασης αυτών με πιο αποτελεσματικές μήτρες. Μερικά από αυτά τα μειονεκτήματα είναι: Η ρητίνες που χρησιμοποιούνται σήμερα έχουν πτωχή συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες, είναι εύφλεκτες και κατά την καύση τους ελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα τοξικά αέρια. Το ινοπλισμένα πολυμερή είναι αδιαπέραστα από την υγρασία και επομένως, αποτρέπουν την αναπνοή του δομικού στοιχείου που ενισχύουν. Ο πολυμερισμός τους είναι ευάλωτος από την υγρασία και την χαμηλή θερμοκρασία. Οι τυχόν ρηγματώσεις που θα επακολουθήσουν της ενίσχυσης δεν είναι εμφανείς με εποπτική παρατήρηση. Παρουσιάζουν ασυμβατότητα σε σχέση με το υπόστρωμα. Δεν έχει ακόμα διαπιστωθεί η αντοχή τους στον χρόνο. Ο στόχος της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής διατριβής είναι: i. Να μελετηθούν οι τρόποι με τους οποίους είναι δυνατόν να ενισχυθεί μια τοιχοποιία από οπτοπλινθοδομή και να πραγματοποιηθούν πειραματικές δοκιμές, (για να καταστεί με αυτό τον τρόπο δυνατή η σύγκριση των θεωρητικών με τα πειραματικά δεδομένα). ii. Η κατασκευή αντιπροσωπευτικών δοκιμίων που να εξετάζουν και να απεικονίζουν την πλειονότητα των δομημάτων και τελικά η πειραματική επεξεργασία τους. iii. Η επιλογή των κατάλληλων υλικών με τα οποία είναι δυνατή η αποτελεσματική και πρακτική η ενίσχυση της τοιχοποιίας.

21 3 iv. Η μελέτη του τρόπου με τον οποίο αλληλεμπλέκονται τα σύνθετα υλικά με την τοιχοποιία και η τελική αστοχία της τελευταίας, με στόχο την απόκτηση μεγαλύτερης αντοχής και πλαστιμότητας. v. Η σύγκριση των τρόπων ενίσχυσης με ανόργανη (τσιμεντοκονίαμα) και οργανική (εποξειδική ρητίνη) μήτρα και ανθρακονήματα. vi. Η εφαρμογή και εκτίμηση της αποτελεσματικότητας της ενίσχυσης με ράβδους ινών άνθρακα σε βαθιά αρμολογημένο τοίχο με την βοήθεια εποξειδικού τσιμεντοκονιάματος. vii. Η εκτίμηση κατά πόσο με την βοήθεια ενίσχυσης φέρουσας οπτοπλινθοδομής με σύνθετα υλικά είναι δυνατή η κάλυψη των σύγχρονων αντισεισμικών απαιτήσεων. Η διάρθρωση των κεφαλαίων της παρούσας μεταπτυχιακής διατριβής έχει ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή των τύπων της καταπόνησης αλλά και ενίσχυσης της Φέρουσας Τοιχοποιίας με αναφορές στις μορφές αστοχίας καθώς και στις διατάξεις με τις οποίες χρησιμοποιούνται τα σύνθετα υλικά. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται περιγραφή των υλικών που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή των δοκιμίων, για την ενίσχυσή τους αλλά και την τοποθέτησή τους στην πειραματική διάταξη με ταυτόχρονη αναφορά στα υλικά που έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για την κατασκευή φέρουσας οπτοπλινθοδομής. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφεται η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας έτσι όπως προσδιορίζεται θεωρητικά αλλά και πειραματικά με εφαρμογή σε δοκίμια από τοιχοποιία που στην συνέχεια ενισχύθηκαν. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η θεωρητική διαστασιολόγηση, η ενίσχυση και η πειραματική δοκιμή σε δοκίμια για κάμψη εντός επιπέδου με διεύθυνση τάσεων κάθετα στους αρμούς σε συνδυασμό με την ύπαρξη αξονικού φορτίου (στοιχεία τύπου πεσσού). Με άλλα λόγια πρόκειται για δοκιμές εντός επιπέδου με επίπεδο αστοχίας παράλληλο στους οριζόντιους αρμούς. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται η θεωρητική διαστασιολόγηση, η ενίσχυση και η πειραματική δοκιμή σε δοκίμια για διάτμηση εντός επιπέδου με διεύθυνση τάσεων παράλληλα στους αρμούς σε στοιχεία τύπου «υπέρθυρου».

22 4 Στο έκτο κεφάλαιο περιγράφεται η θεωρητική διαστασιολόγηση, η ενίσχυση και η πειραματική δοκιμή σε δοκίμια για διάτμηση εντός επιπέδου σε στοιχεία τύπου «διατμητικού τοιχώματος». Στο έβδομο κεφάλαιο αναγράφονται τα συνολικά συμπεράσματα των πειραματικών δοκιμών και προτείνονται τρόποι με του οποίους τα αποτελέσματα αυτά θα μπορέσουν να εφαρμοστούν στην πράξη. Ο συνολικός αριθμός των δοκιμίων που κατασκευάστηκαν φαίνεται στο παρακάτω δενδροδιάγραμμα. Οι συμβολισμοί του κάθε δοκιμίου έχουν να κάνουν με τα αρχικά αγγλικών λέξεων που δηλώνουν την μορφή της φόρτισης και ενίσχυσης και με αριθμούς που δηλώνουν τον αριθμό στρώσεων ενίσχυσης και το ποσοστό του θλιπτικού φορτίου που εφαρμόστηκε σε κάθε δοκίμιο. Ποιο συγκεκριμένα ισχύει: ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ: I εντός επιπέδου, «In plain». S στοιχεία διάτμησης τύπου υπέρθυρου «Shear». W στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχίου «Wall». F κάμψη «Flexure». C ελέγχου «Control». M ενίσχυση με ανόργανη μήτρα τσιμεντοκονιάματος «Mortar». R ενίσχυση με οργανική μήτρα εποξειδικής ρητίνης «Resin». M1, M2 1 ή 2 στρώσεις ενισχύσεως με μήτρα τσιμεντοκονιάματος. R1, R2 1 ή 2 στρώσεις ενισχύσεως με μήτρα εποξειδικής ρητίνης. nsm ενίσχυση με τοποθέτηση οπλισμών στην επιφάνεια σε εγκοπές «near surface mounted». FRP ινοπλισμένα πολυμερή «Fiber Reinforced Polymer» TRM οπλισμένο με πλέγμα κονίαμα «Textile Reinforced Mortar» ΔΕΙΚΤΕΣ: b στοιχεία τύπου δοκού «beam». 0,10 ποσοστό της θλιπτικής αντοχής που ασκείται ως αξονικό φορτίο. 0,20 ποσοστό της θλιπτικής αντοχής που ασκείται ως αξονικό φορτίο. 0,025 ποσοστό της θλιπτικής αντοχής που ασκείται ως αξονικό φορτίο.

23 Πεσσοί 5 Κάμψη In-plane bending εντός Κάμψη εντός Type επιπέδου A specimens επιπέδου N N=0.10N= 0.15 N Rd N N=0.25N= 0.30 N Rd Πεσσοί Textile Textile Control I - A C 0.10 F i-0.15 C I 0.25 F i-0.30 C C ontrol - AC πλέγμα πλέγμα κονίαμα Mortar ρητίνη Resin κονίαμα Mortar ρητίνη Resin Iω 1 - AM i-0.15 F M1 Iω 1 - AR1 i-0.15 ω 1 - A M1 i-0.30 ω 1 - AR F R1 I 0.25 F M1 I 0.25 F i-0.30 R1 Iω 2 -AM i-0.15 F M2 ω 2 - AR2 i-0.15 Iω 2 - AM i-0.30 F M2 ω 2 - AR2 i specimens 8 δοκίμια συνολικά Διάτμηση In-plane shear εντός επιπέδου Type B specimens - N = << 0 Υπέρθυρα 5 δοκίμια συνολικά 5 specimens I S b C Control - B C i πλέγμα Textile κονίαμα Mortar ρητίνη Resin I S b M1 ω M 1 - B 1 i I S b R1 ω 1 - BR1 i I S b M2 ω 2 - BM2 i I S b R2 ω 2 - BR2 i

24 6 Διάτμηση In-plane shear εντός επιπέδου Type C specimens Διατμητικά τοιχώματα N=0.025N N = 0.15 N Rd Rd N=0.10NN = 0.30 N Rd Control - C C Contro - I l CC S w i- C I S w i- 0. C 30 πλέγμα Textile πλέγμα Textile κονίαμα Mortar ρητίνη Resin κονίαμα Mortar ρητίνη Resin ω 1 - C M1 i-0.15 ω - 1 CR1 ω i CM1i ω 1 - CR1 I S w M1 I 0.10 S w M1 I 0.10 S w i R1 I S w R1 ω 2 - CM2 i ω - CR2 ω 2 i CM2 i ω - 2 CR2 I S w M2 I S w R2 I 0.10 S w M2 I 0.10 S w R2 i-0.30 NSM NSM I ω 1 - CN S i-0.15 nsm10 I 0.10 ω 1 - CN1 i-0.30 S nsm10 I ω 2 - C SN2 i nsm18 I 0.10 ω 2 - CS N2 i-0.30 nsm18 14 δοκίμια συνολικά 14 specimens

25 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΤΥΠΟΙ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 1.1 ΟΡΙΣΜΌΣ ΔΟΜΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Ο χαρακτηρισμός μιας τοιχοποιίας ως «φέρουσα» επικαλείται τον ρόλο που της έχει δοθεί για μεταφορά φορτίων προς την θεμελίωση. Το δομήματα από φέρουσα τοιχοποιία χαρακτηρίζονται από την ύπαρξη κατακόρυφων στοιχείων (τοιχώματα) και οριζόντιων (δάπεδα) και έχουν μέχρι σήμερα κατασκευαστεί στην πλειονότητά τους με εμπειρικό τρόπο. Η κατασκευή τους μπορεί να γίνει με την βοήθεια μιας πληθώρας υλικών όπως ωμόπλινθοι, πέτρα, οπτόπλινθοι, τσιμεντόπλινθοι ενώ, το δομικό σύστημα μπορεί να είναι από απλή, περισφιγμένη ή οπλισμένη τοιχοποιία. Τα δάπεδα, στα οποία συγκεντρώνεται και ο μεγαλύτερος αριθμός των λειτουργικών φορτίων, κατασκευάζονται από ξύλο ή οπλισμένο σκυρόδεμα και στην τελευταία αυτή περίπτωση έχουν αυξημένη δυσκαμψία και μπορούν έτσι να θεωρηθούν ως οριζόντια διαφράγματα (Εικ.1.1). Αυτή η λειτουργία του διαφράγματος είναι δυνατή σε ένα βαθμό ακόμα και στην περίπτωση ξύλινου πατώματος, όταν αυτό συνδέεται με την βοήθεια μεταλλικών συνδέσμων με την τοιχοποιία και επομένως υπάρχει ικανοποιητική σύνδεση μεταξύ του πατώματος και του περιμετρικού τοιχώματος. Στα διαφράγματα αυτά είναι κατανεμημένη και η κύρια σεισμική φόρτιση και σε αυτό το σημείο φαίνεται η σημασία που έχει η καλή σύνδεση των πλακών με το περιμετρικό τοίχωμα. Στις χώρες της Μεσογείου και της Κεντρικής Ευρώπης, τα κτήρια στα ιστορικά κέντρα των πόλεων είναι κατασκευασμένα από λιθοδομή ή οπτοπλινθοδομή. Τα κτήρια αυτού του τύπου έχουν 3-4 ορόφους και είναι κτισμένα σε συγκροτήματα (Εικ.1.2). Συνήθως έχουν κανονική κάτοψη, με παχείς τοίχους ισοκατανεμημένους στις δύο διευθύνσεις, τα πατώματα είναι ξύλινα και ορισμένες φορές απουσιάζουν οι σύνδεσμοι στους τοίχους. Ειδικότερα στα κτήρια από οπτοπλινθοδομή, η χαμηλή ποιότητα του κονιάματος και τα ξύλινα πατώματα, τα οποία ενίοτε αντικαθίστανται από μεταλλικές δοκούς μεταξύ των οποίων κατασκευάζονται θόλοι οπτοπλινθοδομής μικρού ανοίγματος, είναι οι λόγοι της κακής συμπεριφοράς σε σεισμό. Σε αντίθεση με τα σημερινά πλαισιακά συστήματα του οπλισμένου σκυροδέματος, ο τρόπος δόμησης της φέρουσας τοιχοποιία

26 8 (Σχ.1.1) ήταν απλούστερος χωρίς την ύπαρξη χάλυβα για την παραλαβή των εφελκυστικών τάσεων, γεγονός που τα καθιστά ευάλωτα σε σεισμικές φορτίσεις. Εικ.1.1: Κτήριο από φέρουσα τοιχοποιία με πλάκα οροφής από οπλισμένο σκυρόδεμα. Εικ.1.2: Τυπικά κτήρια στο κέντρο της Πράγας.

27 9 Διαδοκίδες αμοίβοντας Ελκυστήρας κορφιάς Διάζωμα στέγης Δοκάρι στήριξης βάσης ζευκτών Τοιχοδομή άνω του διαζώματος στέγης, εντός του ζευκτού Διάζωμα στέγης Τοίχος από οπτοπλινοθοδή θεμελίωση Λιθοσώματα η σκυρόδεμα θεμελίωσης Σχ.1.1: Τυπική μορφή ισόγειου κτηρίου από φέρουσα τοιχοποιίας Εικ.1.3: Κατοικία από Φέρουσα Τοιχοποιία στην παραλιακή ζώνη της Πάτρας στην Αχαΐα. Οι συνήθεις τύποι τοιχοποιίας από οπτολινθοδομή(σχ.1.2) είναι: Μίας στρώσης «δρομική»

28 10 Δύο στρώσεων «μπατική», η οποία χαρακτηρίζεται από την ύπαρξη τσιμεντοκονιάματος (μέγιστου πάχους 25mm) στο ενδιάμεσο των δύο στρώσεων και την ένωσή των τελευταίων με μεταλλικούς συνδέσμους (τζινέτια). Δύο στρώσεων «μπατική» με κοιλότητα που συνήθως πληρώνεται με μονωτικό υλικό. Οι δύο στρώσεις ενώνονται μεταξύ τους με μεταλλικούς συνδέσμους ή διάζωμα «σενάζι» σε τακτά διαστήματα. Δύο στρώσεων «μπατική» με πυρήνα (ελάχιστου πάχους 50mm) από σκυρόδεμα και μεταλλικούς συνδέσμους μεταξύ των δύο στρώσεων από οπτόπλινθους. Σχ. 1.2: Διάφοροι τύποι τοιχοποιίας (μονόστρωτη, συμπαγής, δίστωτη, με πυρήνα) 1.2 ΤΡΟΠΟΙ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Η ενίσχυση της τοιχοποιίας με σύνθετα υλικά μπορεί να γίνει βάσει των αρχών που διέπουν την ενίσχυση στοιχείων από σκυρόδεμα, λαμβάνοντας υπόψη όμως ορισμένες ιδιαιτερότητες. Αυτές αναφέρονται αφενός στην απουσία αρχικού οπλισμού (εκτός εάν η τοιχοποιία είναι οπλισμένη), αφετέρου στον τρόπο καταπόνησης των στοιχείων μιας κατασκευής από φέρουσα τοιχοποιία. Οι συνήθεις παρατηρούμενες αστοχίες σε κτήρια από φέρουσα τοιχοποιία (Σχ.1.3) είναι που καθορίζουν και τους τύπους καταπόνησης και στην συνέχεια τους τρόπους και τεχνικές ενίσχυσης. Σε αυτό το σημείο μια σύντομη αναφορά στα στοιχεία με τα οποία είναι δομημένα κτίσματα από φέρουσα τοιχοποιία κάνει ποιο κατανοητή την συμπεριφορά τους στο σεισμό αλλά και στις καθιζήσεις. Ο συνδυασμός των δύο κυριότερων υλικών κατασκευής της φέρουσας τοιχοποιίας, τα τοιχοσώματα (οπτόπλινθοι, πέτρα, τσιμεντόπλινθοι κ.α) και το τσιμεντοκονίαμα, παρέχει την ικανότητα παραλαβής και μεταφοράς φορτίων. Κατά την σεισμική φόρτιση

29 11 εκτός από τα κατακόρυφα φορτία η τοιχοποιία καλείται να μεταφέρει και οριζόντιες δυνάμεις οι οποίες έχουν τον κύριο λόγο στην αστοχία της. Έτσι, όταν η καταπόνηση υπερβεί την αντοχή της τοιχοποιίας οδηγούμαστε σε ψαθυρή θραύση με απρόβλεπτες συνέπειες που μπορεί να οδηγήσουν ακόμα και στην κατάρρευση. Κατάρρευση στηθαίου λόγω εκτός επιπέδου κάμψης Κατάρρευση στέγης Αστοχία ακρογωνιαίων λίθων Αστοχία εσωτερικής τοιχοποιίας (σύνθετη καταπόνηση) Δοκός επίφοβη για κατάρρευση λόγω υποχώρησης της υποστύλωσης Κατακόρυφη ρωγμή από διαφορική καθίζηση Διαγώνια διατμητική ρηγμάτωση σε υπέρθυρο (στοιχείο τύπου δοκού) Διαγώνια διατμητική ρωγμή (διατμητικό τοίχωμα) Κατακόρυφη ρωγμή στη γωνία, λόγο αποκόλλησης των ακρογωνιαίων λίθων (εκτός επιπέδου κάμψη εγκάρσιου τοίχου) Κατάρρευση τοίχου λόγω εκτός επιπέδου κάμψης Σχ. 1.3 Συνήθεις αστοχίες τοιχοποιίας (Earthquake-Resistant Construction of Adobe Buildings, March 2003 [31]) Κάμψη εκτός επιπέδου Διεύθυνση σεισμικής δράσης διάτμηση διάτμηση κάμψη κάμψη Σχ. 1.4: Παραμόρφωση και ρηγμάτωση κτηρίου χωρίς οριζόντια διαφράγματα από φέρουσα τοιχοποιία κατά την διάρκεια της σεισμικής δράσης (Proffesor Kuldeep S. Virdi, PhD DIC CEng FICE FIStructE, Director, Engineering Structures Research Centre City University, London).

30 12 Με βάση την προέχουσα καταπόνηση, γενικά ένα στοιχείο τοιχοποιίας μπορεί να θεωρηθεί ως φορτιζόμενο σύμφωνα με μια από τις παρακάτω περιπτώσεις: 1. Εκτός επιπέδου κάμψη, πχ. λόγω φόρτισης κάθετα στο επίπεδο ενός τοίχου. 2. Εντός επιπέδου κάμψη, πχ. σε πεσσούς ή υπέρθυρα. 3. Εντός επιπέδου διάτμηση σε στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος. 4. Εντός επιπέδου διάτμηση σε στοιχεία τύπου δοκού Στις περιπτώσεις των φορτίσεων 2 και 3 θα πρέπει να θεωρηθεί και το αξονικό φορτίο που προκύπτει από το βάρος των υπερκείμενων ορόφων όταν αυτοί υπάρχουν ή ακόμα και από την ίδια την στέγη. Οι παραπάνω καταπονήσεις προκαλούν μορφές αστοχίας, τόσο για εντός (Σχ.1.5) όσο και εκτός επιπέδου (Σχ.1.6) φορτίσεις, που εξαρτώνται τόσο από την γεωμετρία της τοιχοποιίας, τον τρόπο στήριξης όσο και από τις αντοχές τσιμεντοκονιάματος, οπτόπλινθων και διεπιφάνειας των δύο τελευταίων. Η τοιχοποιία είναι ένα ανομοιογενές και ανισότροπο σύνθετο υλικό το οποίο αποτελείται από λιθοσώματα και κονίαμα ως συγκολλητικό υλικό, γεγονός που την κάνει να συμπεριφέρεται ανελαστικά ακόμα και για μικρές μετατοπίσεις. Η ακριβής πρόβλεψη της φέρουσας ικανότητας σε πλευρικά φορτία είναι δύσκολη λόγω της σύνθετης κατάστασης αλληλεπίδρασης μεταξύ κονιάματος και τούβλου, ωστόσο μπορεί ευκολότερα να πραγματοποιηθεί ανάλυση των μορφών αστοχίας που αναμένεται να παρουσιαστούν σε μια άοπλη τοιχοποιία. Οι κύριες μορφές αστοχίας, για εντός επιπέδου καταπόνηση, τέτοιας τοιχοποιίας περιληπτικά είναι: Διατμητική αστοχία: διατμητικές 0 η ρηγματώσεις υπό γωνία περίπου 45 (1 περίπτωση Σχ.1.5) λαμβάνουν χώρα σε τοίχους με μεγάλο αξονικό φορτίο, μικρή διατμητική αντοχή και μικρό λόγο πλευρών συνήθως 1:1 έως 1:1,5. Αυτή η ανεπιθύμητη μορφή αστοχίας λαμβάνει χώρα όταν οι κύριες εφελκυστικές τάσεις, που αναπτύσσονται από τον συνδυασμό κατακόρυφων και οριζόντιων φορτίων, υπερβαίνουν την εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας. Στο μέγιστο οριζόντιο φορτίο, διαγώνιες ρωγμές σχηματίζονται και ακολουθούν τους οριζόντιους και κατακόρυφους αρμούς, για την περίπτωση ισχυρών οπτόπλινθων και αδύναμων κονιαμάτων ή διαπερνούν τα λιθοσώματα, για την περίπτωση ασθενών οπτόπλινθων και ισχυρού κονιάματος. Η πιθανότητα η ρηγμάτωση να επεκταθεί και στα λιθοσώματα αυξάνεται με το αξονικό φορτίο, γεγονός που επιφέρει ψαθυρή αστοχία.

31 13 Ολίσθηση: Οριζόντια ρηγμάτωση κατά μήκος των αρμών (2 η περίπτωση Σχ.1.5) αποτελεί σύνηθες φαινόμενο σε ελεύθερους τοίχους και λαμβάνει χώρα όταν αστοχεί η διεπιφάνεια τσιμεντοκονιάματος και οπτόπλινθου (υπέρβαση των δυνάμεων συνάφειας) σε τοίχους με σύνηθες λόγο πλευρών 1:1 ή ακόμα και μεγαλύτερων έως 2:1 στην περίπτωση ύπαρξης μικρών αξονικών φορτίων και μικρού συντελεστή στατικής τριβής. Αυτή η μορφή αστοχίας αναφέρεται ως ολίσθηση λόγω της σχετικής οριζόντιας μεταφορικής κίνησης του άνω τμήματος της τοιχοποιίας σε σχέση με το κάτω. Λικνισμός «Rocking»: Η 3 η περίπτωση του Σχ.1.5 λαμβάνει χώρα σε περιπτώσεις μεγάλου λόγου καμπτικής ροπής προς διατμητική δύναμη ή αυξημένη διατμητικής αντοχής. Προυποθέτοι παρόμοιες αντοχές λιθοσωμάτων και κονιάματος ώστε το υλικό να συμεροιφέρεται ως ομοιογενές χωρίς σημείο αστοχείας. Είναι μια μορφή αστοχίας στην οποία παρουσιάζεται λικνισμός («rocking») του τοίχου γύρω από την βάση του σαν συμπαγές σώμα, με σύνθλιψη των θλιβόμενων ζωνών στης γωνίες του τοίχου και αποκόλληση των αρμών στην εφελκυόμενη ζώνη. διάτμηση Διατμητική ολίσθηση Λικνισμός Σχ. 1.5: Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση Στην περίπτωση της κάμψης εκτός επιπέδου η αποκόλληση-αστοχία των αρμών είναι το κυρίαρχο φαινόμενο με τα τοιχοσώματα να παραμένουν στις περισσότερες των περιπτώσεων άθικτες. Σε αυτό το σημείο πρέπει να αναφερθεί ότι ο συνδυασμός καμπτικής και διατμητικής συμπεριφοράς μπορεί να συνυπάρχει για στοιχεία που ρηγματώνονται αρχικά σε κάμψη και στην συνέχεια ανακατανέμουν τις διατμητικές τάσεις σε μια μικρότερη αρηγμάτωτη επιφάνεια και τελικά αστοχούν σε διαγώνιο εφελκυσμό. Ακόμα, για μικρό αξονικό φορτίο ο συνδυασμός λικνισμού και ολίσθησης δεν είναι απίθανος.

32 14 Αστοχία κάθετα στους αρμούς Αστοχία παράλληλα στους αρμούς Σχ. 1.6: Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας για εκτός επιπέδου καταπόνηση 1.3 ΤΡΟΠΟΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ & ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Για τους λόγους που αναλύθηκαν στην προηγούμενη ενότητα πολλές φορές προκύπτει η ανάγκη για ενίσχυση των κτηρίων από φέρουσα τοιχοποιία με σκοπό την αύξηση της φέρουσας ικανότητας, αλλά και της πλαστιμότητας. Η χρήση σύνθετων υλικών για λόγους ενίσχυσης κτηρίων είναι μια τεχνική που διαφοροποιείται από την συνήθη πρακτική των μανδυών οπλισμένου (εκτοξευόμενου) σκυροδέματος και αντιμετωπίζει πολλά προβλήματα των τελευταίων. Για την περίπτωση της κάμψης εκτός ή εντός επιπέδου στόχος της ενίσχυσης είναι οι οπλισμοί να επικολληθούν επιφανειακά ή σε εγκοπές παράλληλα στις τροχιές των κύριων εφελκυστικών τάσεων (Σχ.1.7 και Σχ.1.8). Ο οπλισμός αυτός μπορεί να έχει την μορφή υφάσματος, ελάσματος ή ακόμα και ράβδων στην περίπτωση τοποθέτησης σε εγκοπές. Ο κύριος ρόλος αυτού του οπλισμού είναι η παραλαβή των εφελκυστικών φορτίων που αδυνατεί να παραλάβει η τοιχοποιία και επομένως, η τοποθέτησή του γίνεται στην εφελκυόμενη ζώνη.

33 15 Ελάσματα ή υφάσματα ή ράβδοι σε εγκοπές Αστοχία κάθετα στους αρμούς Αστοχία παράλληλα στους αρμούς Σχ. 1.7: Ενδεικτική διάταξη σύνθετων υλικών για ενίσχυση σε εκτός επιπέδου κάμψη. Σχ. 1.8: Διάταξη ενίσχυσης για εντός επιπέδου κάμψη με οπλισμό στην εφελκυόμενη ζώνη (πεσσοί, υπέρθυρα). Για την περίπτωση της διάτμησης εντός του επιπέδου της τοιχοποιίας οι πιθανές διατάξεις των συνθέτων υλικών δίνονται στο Σχ.1.9. Για την καλύτερη ενεργοποίηση των ινών σε αυτή την διάταξη, είναι σκόπιμη η αγκύρωση των άκρων τους, ώστε οι εφελκυστικές δυνάμεις που αναπτύσσονται στα σύνθετα υλικά να μεταφέρονται στην τοιχοποιία όχι μόνο μέσω διάτμησης στην διεπιφάνεια αλλά και μέσω θλίψης.

34 16 σ Υφάσματα ή ελάσματα σε χιαστή διάταξη. Επιθυμητή η αγκύρωση των άκρων Σχ. 1.9: Διάταξη της ενίσχυσης σε στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος. Η τεχνική της τοποθέτησης οπλισμού σε εγκοπές «NSM: near surface mounted», είτε αυτός έχει την μορφή ράβδων μεταλλικών είτε ράβδων συνθέτων υλικών, αποτελεί μια ενδιαφέρουσα λύση για την περίπτωση της τοιχοποιίας, αφού η ύπαρξη των οριζόντιων αρμών κάνει την ενίσχυση ευκολότερη. Σε αυτή την περίπτωση οπλισμός, μορφής ελασμάτων μικρού πλάτους ή ακόμα και ράβδων, εισάγεται εντός των αρμών, αφού προηγουμένως έχει αφαιρεθεί τμήμα του κονιάματος του αρμού κοντά στην εξωτερική επιφάνεια (Εικ.1.4). Η παραπάνω τεχνική μπορεί να εφαρμοστεί ακόμα και στην περίπτωση οπλισμένου σκυροδέματος (Εικ.1.5) με την βασική ιδέα και σε αυτή την περίπτωση ο οπλισμός να παραλαμβάνει τις εφελκυστικές δυνάμεις που καταπονούν το δομικό στοιχείο. Εικ. 1.4: Ράβδος σύνθετου υλικού (ανθρακόνημα) σε εγκοπή στην θέση του αρμού.

35 17 Εικ. 1.5: Εφαρμογή της μεθόδου «NSM» με χαλύβδινη ράβδο σε εγκοπή κατασκευής από οπλισμένο σκυρόδεμα. Ένας ακόμα τρόπος ενίσχυσης της τοιχοποιίας είναι η περίσφιγξη. Μέσω αυτής μπορεί να αυξηθεί η αντοχή (θλιπτική, διατμητική ή εφελκυστική) και/ή η πλαστιμότητα, βάσει της παρεμπόδισης των παραμορφώσεων κάθετα στις τροχιές των κυρίων θλιπτικών τάσεων. Όπως είναι προφανές ιδιαίτερα κάτω από σεισμικές διεγέρσεις, η τελευταία δυνατότητα είναι ευεργετική, λόγω της αυξημένης απόσβεσης σεισμικής ενέργειας που προκαλεί. Σε ότι αφορά τα σύνθετα υλικά οι Blasi et al.(2001) για παράδειγμα, χρησιμοποίησαν υφάσματα άνθρακα για να περισφίξουν τις επιφάνειες γενέσεως συνεχών αψίδων στα σημεία που αυτές συντρέχουν στις παραστάδες τους. Παράδειγμα τέτοιας εφαρμογής φαίνεται στην Εικ.1.6. όπου και ενισχύεται δοκίμιο από φέρουσα τοιχοποιία με ύφασμα από ίνες άνθρακα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης. Εικ. 1.6: Δοκίμιο φέρουσας τοιχοποιίας ενισχυμένο με ύφασμα από ανθρακόνημα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης.

36 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Σε πειράματα που πραγματοποίησαν οι Elgawady et al.(2003), σε άοπλη τοιχοποιία, ενισχυμένη με ινοπλισμένα πολυμερή, για εντός επιπέδου διάτμηση σε στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος, διαπιστώθηκε η κυριαρχία της αστοχίας λικνισμού σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια. Αυτή η μορφής αστοχία χαρακτηρίστηκε ως επιθυμητή, καθώς συνοδεύεται από έντονη απορρόφηση ενέργειας και ικανοποιητική διατήρηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της τοιχοποιίας χωρίς πτώσεις οπτόπλινθων. Η αστοχία μη ενισχυμένων δοκιμίων αντίθετα χαρακτηρίστηκε ως ψαθυρή με ελάχιστη απορρόφηση ενέργειας μεταξύ των κύκλων φόρτισης. Η αστοχία των ενισχυμένων δοκιμίων οφείλετο στην θλιπτική αστοχία των οπτόπλινθων στην θλιβόμενη ζώνη, ενώ η παραμόρφωση αστοχίας ήταν κατά πολύ αυξημένη. Ο συντελεστής αύξησης της αντοχής κυμαινόταν περί το 2 σε σχέση με αυτή των μη ενισχυμένων δοκιμίων. Τα ποσοστά οπλισού ήταν 0.068% για την όπλιση με ύφασμα ή πλέγμα ινών γυαλιού και 0.189% για την ενίσχυση με ύφασμα από ίνες αραμιδίου. Τα δοκίμια στην παρούσα διατριβή ενισχύθηκαν με πλέγμα ινών άνθρακα σε ποσοστό από 0.111% έως 0.223%. Το γεγονός αυτό δείχνει (λόγω και της αυξημένης δυσκαμψίας και αντοχής των ινών άνθρακα) την κατά πολύ αυξημένη ενίσχυση των δεύτερων δοκιμίων. Σε πειράματα που πραγματοποίησαν οι Grando et al.(2003), διαπιστώθηκε η αύξηση της αντοχής αλλά και της πλαστιμότητας σε δοκίμια τύπου διατμητικού τοιχώματος από αργιλικούς οπτόπλινθους και τσιμεντόπλινθους, που είχαν ενισχυθεί με οπλισμό σε εγκοπές ή σε χιαστή διάταξη. Σε αυτά τα πειράματα η αστοχία των δοκιμίων ήταν διατμητική με εμφάνιση ρηγμάτωσης υπό 45 0 και επομένως ο οπλισμός ελάμβανε μέρος στην παραλαβή δυνάμεων. Σημαντική διαπίστωση αυτών των πειραμάτων ήταν η καλύτερη συμπεριφορά, από άποψη πλαστιμότητας, των δοκιμίων που ως συγκολλητικό υλικό για την τοποθέτηση των οπλισμών ήταν κάποιο κονίαμα και όχι εποξειδική ρητίνη. Ο λόγος αυτής της καλύτερη συμπεριφοράς αποδίδεται στην ολίσθηση του οπλισμού λόγω αστοχίας της διεπιφάνειας μεταξύ οπλισμού και κονιάματος χωρίς ωστόσο να επέρχεται αποδόμηση της ενίσχυσης, γεγονός που ήταν αδύνατο στην δύσκαμπτη ενίσχυση με ρητίνη. Σε παρόμοια συμπεράσματα καταλήγουν και οι πειραματικές δοκιμές των Tumilian et al.(2001), (2002), (2003), στις εργασίες των οποίων η τοποθέτηση οπλισμών με μήτρα εποξειδικής ρητίνης σε εγκοπές της τοιχοποιίας οδηγούν σε αύξηση τόσο της φέρουσας ικανότητας, όσο και της πλαστιμότητας. Και σε αυτή την περίπτωση βέβαια η

37 19 φόρτιση (διαγώνια σε πρισματικό δοκίμιο) οδηγούσε σε λοξή ρηγμάτωση, ενώ τα δοκίμια δεν παρελάμβαναν οποιασδήποτε μορφής αξονικό φορτίο. Σε παρόμοια πειράματα, των Turco et al.(2003), προέκυψε ότι η συμπεριφορά της ενίσχυσης με ράβδους συνθέτων υλικών τοποθετημένων σε εγκοπές, στην επιφάνεια της τοιχοποιίας, με τροποποιημένη με «λάτεξ» τσιμεντοκονία ήταν παρόμοια με αυτή της χρήσης εποξειδικής ρητίνης ως μήτρα. Το πάχος της εγκοπής ήταν ίσο με 2.5 φορές το πάχος της ράβδου. Το συμπέρασμα των συγκεκριμένων πειραμάτων είναι ότι το πάχος της εγκοπής παίζει καθοριστικό ρόλο για την συμπεριφορά χρήσης τσιμεντοκονιάματος για της συγκόλληση των ράβδων και επομένως όλης της ενίσχυσης, σε αντίθεση με την περίπτωση της εποξειδικής ρητίνης, που αποδεικνύεται ποιο αποτελεσματική σε περίπτωση μικρότερης εγκοπής. Σε πειράματα που πραγματοποίησαν οι Li et al(2004), σε δοκίμια τύπου διατμητικού τοιχώματος με άνοιγμα στο κέντρο (αντιπροσωπευτικό παράθυρου), διαπιστώθηκε ότι οι σε διατμητική εντός επιπέδου φόρτιση οι οριζόντιοι οπλισμοί (ράβδοι σύνθετου υλικού επικολλημένες επιφανειακά με εποξειδική ρητίνη) δεν συνεισφέρουν ουσιαστικά στην αύξηση της αντοχής και πλαστιμότητας της τοιχοποιίας. Ωστόσο, ο κατακόρυφος οπλισμός και πολύ περισσότερο ο συνδυασμός κατακόρυφου και οριζόντιου οπλισμού (όπως και στην περίπτωση της εφαρμογής πλέγματος οπλισμού) συμβάλλει στη αύξηση τόσο του φορτίου αστοχίας, όσο και της παραμόρφωσης αστοχίας, της απορρόφησης ενέργειας και της δυσκαμψίας. Σε πειράματα που πραγματοποίησαν οι Statford et al(2004), σε δοκίμια (τοιχοποιίας με θλιπτική αντοχή 11MPa) υποκείμενα σε εντός επιπέδου διάτμησης διαπιστώθηκε η προοδευτική αποκόλληση του μανδύα των συνθέτων υλικών από την επιφάνεια της τοιχοποιίας με την πρόοδο της καταπόνησης και η συνεχής εμφάνιση λοξής ρηγμάτωσης. Για τον λόγο αυτό τονίζεται η σημασία της σωστής αγκύρωσης των συνθέτων υλικών στα άκρα τους, καθώς και η διαστασιολόγησή τους να είναι τέτοια που να μην επιτρέπει την θραύση τους. Πρόωρη θραύση της ενίσχυσης προκαλεί ψαθυρή αστοχία της τοιχοποιίας και για αυτό τον λόγο είναι σημαντική η αποφυγή τέτοιας συμπεριφοράς. Στην έρευνα αυτή τονίζεται η ανάγκη για συγκολλητική ουσία που να παρουσιάζει μεγάλη παραμόρφωση αστοχίας και να είναι από υλικό που να μην καίγεται και να μην παράγει τοξικό καπνό. Σε πειράματα που πραγματοποίησαν οι Clarke et al(2004), σε στοιχεία επίσης τύπου διατμητικού τοιχώματος, διαπιστώθηκε η αύξηση της αντοχής και της πλαστιμότητας μετά από ενίσχυση των τελευταίων με χαλύβδινο πλέγμα και μήτρα κονιάματος. Η