ΣΠΥΡΙΔΩΝΑ ΠΟΛΥΔΩΡΟΠΟΥΛΟΥ Πολιτικού Μηχανικού

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙΡΡΟΗΣ ΤΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΗΣΗΣ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΣΤΗ ΣΥΝΑΦΕΙΑ ΜΕΤΑΞΥ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΩΝ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ (ΙΑΜ) ΚΑΙ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΣΠΥΡΙΔΩΝΑ ΠΟΛΥΔΩΡΟΠΟΥΛΟΥ Πολιτικού Μηχανικού ΠΑΤΡΑ 2017

2 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διατριβή έχει ως αντικείμενο την πειραματική διερεύνηση της επιρροής της ανακύκλησης της φόρτισης στη συνάφεια μεταξύ Ινοπλεγμάτων σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ) και υποστρώματος από τοιχοποιία. Η εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Μηχανικής & Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών, στα πλαίσια ολοκλήρωσης του μεταπτυχιακού κύκλου σπουδών, υπό την επίβλεψη της Επίκουρης Καθηγήτριας κυρίας Αικατερίνης Παπανικολάου. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την επιβλέπουσα καθηγήτριά μου για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε με την ανάθεση της παρούσας εργασίας και τη δυνατότητα που μου παρείχε να αποκτήσω σημαντική γνώση και εμπειρία μέσα σε ένα άρτια εξοπλισμένο εργαστηριακό περιβάλλον, για την άριστη συνεργασία και υποστήριξή της, καθώς και για το συμβουλευτικό και καθοδηγητικό ρόλο της σε όλες τις φάσεις υλοποίησης του εργαστηριακού και συγγραφικού μέρους της. Ευχαριστώ θερμά τους προπτυχιακούς φοιτητές κυρία Δέσποινα Πανταζοπούλου και κύριο Γεράσιμο Βάρσο για την άριστη συνεργασία κατά τη φάση διεξαγωγής του εργαστηριακού μέρους της παρούσας εργασίας. Ευχαριστώ, επίσης, τον υποψήφιο Διδάκτορα κύριο Κυριάκο Κάρλο για το σχεδιασμό των πειραματικών διατάξεων. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την υποψήφια Διδάκτορα κυρία Παρασκευή Ασκούνη για το συμβουλευτικό της ρόλο σε όλα τα στάδια της παρούσας εργασίας. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω στην εταιρεία Sika Hellas ΑΒΕΕ για την παροχή των προϊόντων που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή του σύνθετου υλικού ΙΑΜ. i

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτελεί η πειραματική διερεύνηση της επιρροής της ανακύκλησης της φόρτισης στη συνάφεια μεταξύ Ινοπλεγμάτων σε Ανόργανη Μήτρα - ΙΑΜ (Textile Reinforced Mortar - TRM) και υποστρώματος από τοιχοποιία. Ειδικότερα, για τις ανάγκες της μελέτης αυτής κατασκευάστηκαν δοκίμια τοιχοποιίας τα οποία ενισχύθηκαν με ΙΑΜ. Το μήκος αγκύρωσης του ΙΑΜ μεταβαλλόταν μεταξύ των δοκιμίων. Τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε μονοτονικές και ανακυκλιζόμενες δοκιμές συνάφειας. Στόχος ήταν η διερεύνηση της επιρροής της ανακύκλησης της φόρτισης στην απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων. Επιχειρήθηκε, επίσης, ο προσδιορισμός του βέλτιστου μήκους αγκύρωσης, δηλαδή του μήκους εκείνου πέραν του οποίου η δύναμη αποκόλλησης παραμένει σταθερή. Σε περιορισμένο βαθμό διερευνήθηκε και η επιρροή του ρυθμού της φόρτισης. Η δομή της εργασίας διαρθρώνεται σε έξι κεφάλαια, το περιεχόμενο των οποίων αναφέρεται συνοπτικά παρακάτω: Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στα ΙΑΜ και στις εφαρμογές τους τόσο στο πεδίο της ενίσχυσης υφιστάμενων κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα και φέρουσα τοιχοποιία όσο και στο πεδίο των προκατασκευών. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζονται οι συνήθεις τεχνικές ενίσχυσης κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία. Στις τεχνικές αυτές προστίθεται η εφαρμογή των σύνθετων υλικών ΙΟΠ (Ινοπλισμένα Πολυμερή). Η ενότητα κλείνει με τη σύγκριση των δύο σύνθετων υλικών ΙΟΠ και ΙΑΜ. Στο Κεφάλαιο 3 επιχειρείται μία ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας με αντικείμενο τον πειραματικό προσδιορισμό της συνάφειας των ΙΑΜ με υποστρώματα από τοιχοποιία και οπλισμένο σκυρόδεμα. Με βάση την ανασκόπηση αυτή, γίνεται ο καθορισμός του πειραματικού προγράμματος της παρούσας εργασίας. Στο Κεφάλαιο 4 δίνεται μια πλήρης εικόνα των δοκιμίων, των πειραματικών διατάξεων και των οργάνων που χρησιμοποιήθηκαν, ενώ παρατίθενται λεπτομέρειες σχετικά με τον τρόπο εκτέλεσης των πειραμάτων. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μονοτονικών και ανακυκλιζόμενων δοκιμών συνάφειας. Καταγράφονται οι μορφές αστοχίας που παρατηρήθηκαν στα δοκίμια που εξετάστηκαν. Επίσης, παρατίθενται η μεταβολή του μέγιστου φορτίου και της μέγιστης σχετικής μετακίνησης του πλέγματος συναρτήσει του ii

4 μήκους αγκύρωσης. Ως σχετική μετακίνηση του πλέγματος ορίζεται η μετακίνησή του σε σχέση με το υπόστρωμα. Παρουσιάζεται η απόκριση των δοκιμίων σε όρους φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος και γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων μονοτονικών και ανακυκλιζόμενων δοκιμών. Επιπρόσθετα, μελετάται η μείωση του μέτρου της δυστμησίας της διεπιφάνειας σύνθετου υλικού υποστρώματος, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των κύκλων φόρτισης. Τέλος, επιχειρείται η διερεύνηση της επιρροής του ρυθμού της φόρτισης στην απόκριση των δοκιμίων. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρατήρηση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Αφορούν, κυρίως, στον προσδιορισμό της επιρροής της ανακύκλησης της φόρτισης στην απόκριση των δοκιμίων. Συμπερασματικά, η ανακύκληση της φόρτισης επιδρά αρνητικά στη συνάφεια μεταξύ ΙΑΜ και υποστρώματος από τοιχοποιία. Συγκεκριμένα, παρατηρείται μείωση του μέγιστου φορτίου στα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση συγκριτικά με αυτά που υπεβλήθησαν σε μονοτονική φόρτιση. Επιπρόσθετα, φαίνεται πως η ανακύκληση της φόρτισης ενδέχεται να επηρεάσει και τη μορφή αστοχίας των δοκιμίων. Με την αύξηση του αριθμού των κύκλων φόρτισης, μειώνεται σημαντικά η δυστμησία της διεπιφάνειας σύνθετου υλικού - υποστρώματος. Για τα εξεταζόμενα μήκη αγκύρωσης, η τιμή του μέγιστου φορτίου αυξάνεται για τα δοκίμια με μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης. Συνεπώς, δεν είναι δυνατός ο προσδιορισμός του βέλτιστου μήκους αγκύρωσης. Τέλος, η μεταβολή του ρυθμού φόρτισης φαίνεται να μην επηρεάζει την απόκριση των δοκιμίων. Για την εξαγωγή ασφαλέστερων συμπερασμάτων απαιτείται η εξέταση μεγαλύτερου αριθμού δοκιμίων καθώς και δοκιμίων με μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης. Αυτό θα μπορούσε να αποτελέσει το αντικείμενο μίας μελλοντικής εργασίας. iii

5 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ i ii iv vi viii xi 1. ΙΝΟΠΛΕΓΜΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΟΡΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΙΑΜ Ενίσχυση κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα Περίσφιγξη υποστυλωμάτων Ενίσχυση δοκών έναντι τέμνουσας Ενίσχυση δοκών έναντι κάμψης Ενίσχυση πλακών δύο διευθύνσεων Ενίσχυση κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία Ενίσχυση τοιχίσκων έναντι εντός και εκτός επιπέδου φόρτισης Ενίσχυση τόξων και θόλων Ενίσχυση υποστυλωμάτων από φέρουσα τοιχοποιία Προκατασκευασμένοι παραμένοντες τσιμεντότυποι ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ 22 iv

6 2.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΚΑΙ ΤΥΠΟΙ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΑΥΤΩΝ ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΙΟΠ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΙΟΠ ΚΑΙ ΙΑΜ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΥΠΟΣΤΡΩΜΑ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Μονόπλευρου μανδύα - μονού τοίχου Αμφίπλευρου μανδύα - μονού τοίχου Αμφίπλευρου μανδύα - διπλού τοίχου ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΗΣΗΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΡΥΘΜΟΥ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ (ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ) 51 4.ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΔΟΚΙΜΕΣ ΜΟΝΟΤΟΝΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΑΝΑΚΥΚΛΙΖΟΜΕΝΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΜΟΡΦΕΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΗΣΗΣ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΟΥ ΡΥΘΜΟΥ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 91 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 93 v

7 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 1.1 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης - παραμόρφωσης για διάφορους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα. (Τριανταφύλλου, 2013) 3 Σχήμα 1.2 Ελικοειδής διάταξη λωρίδων μανδύα ενίσχυσης στο μήκος διάτμησης. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) 6 Σχήμα 1.3 Τύποι δοκιμίων: (α) τύπου διατμητικού τοιχώματος, (β) τύπου πεσσού, και (γ) τύπου υπερθύρου. (Παπανικολάου κ.ά., 2006) 11 Σχήμα 1.4 Σκαρίφημα της πειραματικής διάταξης για το στοιχείο τύπου πλακολωρίδας. (Παπαντωνίου κ.ά., 2008) 20 Σχήμα 1.5 Σκαρίφημα στοιχείου τύπου υποστυλώματος. (Παπαντωνίου κ.ά., 2008) 20 Σχήμα 2.1 Συνήθεις αστοχίες τοιχοποιίας. (Κάρλος, 2005) 23 Σχήμα 2.2 Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση. (Κάρλος, 2005) 24 Σχήμα 2.3 Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας σε εκτός επιπέδου καταπόνηση. (Κάρλος, 2005) 24 Σχήμα 2.4 Διάταξη ενίσχυσης για εντός επιπέδου κάμψη με οπλισμό στην εφελκυόμενη ζώνη (πεσσοί, υπέρθυρα). (Κάρλος, 2005) 32 Σχήμα 2.5 Ενδεικτική διάταξη σύνθετων υλικών για ενίσχυση σε εκτός επιπέδου κάμψη. (Κάρλος, 2005) 32 Σχήμα 2.6 Διάταξη της ενίσχυσης σε στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος. (Κάρλος, 2005) 33 Σχήμα 2.7 Στερέωση τόξων με σύνθετα υλικά στην εξωτερική (πάνω) και εσωτερική (κάτω) όψη. (Τριανταφύλλου, 2013) 34 Σχήμα 3.1 Πιθανή πειραματική διάταξη για δοκιμές τύπου «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου». (RILEM TC-250 CSM) 37 Σχήμα 3.2 Πιθανές πειραματικές διατάξεις για δοκιμές «αμφίπλευρου μανδύα μονού τοίχου». (RILEM TC-250 CSM) 39 Σχήμα 3.3 Πειραματική διάταξη «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου». (D Ambrisi et al., 2013) 40 Σχήμα 3.4 Πειραματική διάταξη. (Carloni et al., 2016) 44 vi

8 Σχήμα 4.1 Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων πλέγματος (μηκυνσιόμετρο τοποθετημένο σε εξωτερικό κλώνο). 54 Σχήμα 4.2 Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων πλέγματος (εφαρμογή φωτογραμμετρίας σε εσωτερικό κλώνο πλέγματος). 55 Σχήμα 4.3 Διαστάσεις δοκιμίου (σε mm). 58 Σχήμα 4.4 Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων δοκιμίων ΙΑΜ σε εφελκυσμό. 62 Σχήμα 4.5 Σχέδιο της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές μονοτονικής φόρτισης. 65 Σχήμα 4.6 Σχέδιο της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης (το έμβολο κινείται προς τα πάνω ή προς τα κάτω). 67 Σχήμα 5.1 Διαγράμματα μέγιστου φορτίου μήκους αγκύρωσης: (α) διακριτές τιμές και (β) μέσες τιμές. 75 Σχήμα 5.2 Διάγραμμα μέγιστης σχετικής μετακίνησης πλέγματος μήκους αγκύρωσης. 77 Σχήμα 5.3 Διαγράμματα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης. 81 Σχήμα 5.4 Διαγράμματα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης. 82 Σχήμα 5.5 Διάγραμμα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος κατά τον 4 ο και 10 ο κύκλο φόρτισης: (α) 150_C_1 και (β) 150_C_2. 83 Σχήμα 5.6 Διαγράμματα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση (περιβάλλουσες). 85 Σχήμα 5.7 Διαγράμματα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση (περιβάλλουσες). 86 Σχήμα 5.8 Μεταβολή της κλίσης της ευθείας που συνδέει τα ακρότατα σημεία εκάστου βρόχου φόρτισης (ως μέτρο της δυστμησίας της διεπιφάνειας σύνθετου υλικού υποστρώματος) με την αύξηση του αριθμού των κύκλων φόρτισης. 87 Σχήμα 5.9 Διαγράμματα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος για τα δοκίμια με μήκος αγκύρωσης 200 mm, τα οποία υπεβλήθησαν σε μονοτονική φόρτιση. 89 vii

9 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1.1 Ινόπλεγμα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ). (D Ambrisi et al., 2013) 4 Εικόνα 1.2 Εφαρμογή μανδύα ΙΑΜ στον πόδα υποστυλώματος. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) 5 Εικόνα 1.3 Πειραματική διάταξη. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) 5 Εικόνα 1.4 Πειραματική διάταξη. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) 7 Εικόνα 1.5 (α) Αστοχία οπλισμού ενίσχυσης λόγω εφελκυστικής θραύσης των ινών για την περίπτωση ενίσχυσης με ΙΟΠ, και (β) αστοχία λόγω αποκόλλησης του οπλισμού ενίσχυσης για την περίπτωση ενίσχυσης με ΙΑΜ. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) 9 Εικόνα 1.6 Πειραματική διάταξη. (Παπανικολάου κ.ά., 2009) 10 Εικόνα 1.7 Τοποθέτηση της δεύτερης στρώσης υαλοπλέγματος (προ της πίεσής του εντός του νωπού κονιάματος). (Παπανικολάου κ.ά., 2009) 10 Εικόνα 1.8 Πειραματική διάταξη δοκιμίων: (α) τύπου διατμητικού τοιχώματος, και (β) τύπου πεσσού και υπερθύρου. (Παπανικολάου κ.ά., 2006) 12 Εικόνα 1.9 Πειραματική διάταξη ανακυκλιζόμενης φόρτισης εκτός επιπέδου (πανομοιότυπη για τα δοκίμια τύπου πεσσού και υπερθύρου). (Παπανικολάου κ.ά., 2006) 13 Εικόνα 1.10 Εφαρμογή του πλέγματος ινών και τελική μορφή των ενισχυμένων δοκιμίων. (Faella et al., 2010) 14 Εικόνα 1.11 Ο ενισχυμένος τοίχος λίγο πριν την κατάρρευση και οι ρωγμές στο υπέρθυρο. (Augenti et al., 2011) 15 Εικόνα 1.12 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης και της εφελκυστικής αστοχίας του πλέγματος από γύψο. (Valluzzi et al., 2014) 15 Εικόνα 1.13 Ενδεικτικές μορφές αστοχίας των ενισχυμένων τόξων (στο εξωράχιο, στο εσωράχιο και στις δύο πλευρές). (Garmendia et al., 2014) 16 Εικόνα 1.14 Μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων και ρωγμές στους θόλους του «Duomo di Colorno». (Jurina et al., 2015) 17 Εικόνα 1.15 Τομή και ρωγμές που εντοπίστηκαν στο θόλο της «Braindese Library» πριν την παρέμβαση. (Jurina et al., 2015) 18 Εικόνα 1.16 Σκίτσο και φωτογραφία της πειραματικής διάταξης. (Carloni et al.,2015) 19 viii

10 Εικόνα 2.1 Ράβδος σύνθετου υλικού (ανθρακόνημα) σε εγκοπή στην θέση του αρμού. (Κάρλος, 2005) 33 Εικόνα 2.2 Δοκίμιο φέρουσας τοιχοποιίας ενισχυμένο με ύφασμα από ανθρακόνημα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης. (Krevaikas and Triantafillou, 2005) 34 Εικόνα 3.1 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» για υπόστρωμα από τοιχοποιία. (De Felice et al., 2014) 37 Εικόνα 3.2 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» για υπόστρωμα από οπλισμένο σκυρόδεμα: (α) Sneed et al., 2014 και (β) Tran et al., Εικόνα 3.3 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «αμφίπλευρου μανδύα μονού τοίχου»: (α) Carozzi et al., 2014 και (β) De Felice et al., Εικόνα 3.4 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου»: (α) Carozzi et al., 2014, (β) Faella et al., 2008 και (γ) De Felice et al., Εικόνα 3.5 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου» για ευθεία και καμπύλη επιφάνεια τοιχοποιίας. (Malena et al., 2014) 41 Εικόνα 3.6 Πειραματική διάταξη «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου». (D Antino et al., 2015) 43 Εικόνα 3.7 Πειραματική διάταξη για τις δοκιμές εφελκυσμού. (Bellini and Mazzotti, 2016) 46 Εικόνα 3.8 Πειραματική διάταξη για τις δοκιμές συνάφειας. (Bellini and Mazzotti, 2016) 47 Εικόνα 3.9 Κατανομή των ρωγμών στα δοκίμια. (De Santis and De Felice, 2014) 49 Εικόνα 3.10 Σχηματισμός ρωγμών κατά τη δοκιμή κόπωσης και μετά από αυτή. Φορτίο κατά τη δοκιμή κόπωσης: (α) 60% και (β) 80% της εφελκυστικής αντοχής. (Mesticou et al., 2016) 50 Εικόνα 4.1 Κατασκευή τοιχίσκων. 52 Εικόνα 4.2 Λήψη πρισματικών δοκιμίων και δοκιμές προσδιορισμού εφελκυστικής αντοχής από κάμψη και θλιπτικής αντοχής. 57 Εικόνα 4.3 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης για τη δοκιμή εφελκυσμού. 58 Εικόνα 4.4 Φωτογραφία του δοκιμίου πριν την εφαρμογή της δεύτερης στρώσης κονιάματος. 63 ix

11 Εικόνα 4.5 Φωτογραφίες των δοκιμίων για τη μονοτονική (αριστερά) και την ανακυκλιζόμενη (δεξιά) δοκιμή. 64 Εικόνα 4.6 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές μονοτονικής φόρτισης. 66 Εικόνα 4.7 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης. 69 Εικόνα 5.1 Μορφές αστοχίας: (α) D, (β) SP_D, (γ) SP_PD, (δ) και (ε) SP. 73 Εικόνα 5.2 Μεταβολή του τρόπου αστοχίας στα δοκίμια με μήκος αγκύρωσης 100 mm: (α) μονοτονική και (β) ανακυκλιζόμενη φόρτιση. 77 Εικόνα 5.3 Ολίσθηση των διαμήκων κλώνων του πλέγματος σε σχέση με τους εγκάρσιους. 84 x

12 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 4.1 Χαρακτηριστικά ινών. 54 Πίνακας 4.2 Χαρακτηριστικά πλέγματος. 54 Πίνακας 4.3 Τεχνικά χαρακτηριστικά κονιάματος Sika MonoΤop-722 Mur. 56 Πίνακας 4.4 Δοκιμές εφελκυσμού ΙΑΜ. 61 Πίνακας 5.1 Πειραματικό πρόγραμμα. 71 xi

13 1 1. ΙΝΟΠΛΕΓΜΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ (ΙΑΜ) 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κατασκευές από άοπλη φέρουσα τοιχοποιία, οι οποίες απαρτίζουν ένα μεγάλο ποσοστό του δομημένου περιβάλλοντος της χώρας μας, χαρακτηρίζονται από αυξημένη σεισμική τρωτότητα και ως εκ τούτου αποτελούν μία από τις μεγαλύτερες απειλές για απώλεια ζωής και καταστροφή περιουσίας. Πρόδηλη, επομένως, είναι η ανάγκη άμεσης αποκατάστασης των κατασκευών αυτών, ενώ τα οφέλη της ανάπτυξης αποτελεσματικών, οικονομικά πρόσφορων, αλλά και φιλικών προς το περιβάλλον τεχνικών ενίσχυσης είναι προφανή (Παπανικολάου κ.ά., 2006). Η χρήση σύνθετων υλικών, στα οποία ίνες (άνθρακα, γυαλιού, αραμιδίου κ.α.) σε μορφή πλέγματος συνδυάζονται με κονιάματα τσιμεντοειδούς, κυρίως, βάσης, αποτελεί μία πρωτοποριακή εναλλακτική λύση στο πεδίο της ενίσχυσης υφιστάμενων κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία Τα υλικά αυτά εφαρμόζονται σε πεσσούς τοιχοποιίας για την αύξηση της αντοχής τους σε κάμψη και διάτμηση, σε θόλους και τρούλους για την αναβάθμιση της ικανότητας μεταφοράς φορτίου, καθώς και σε κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία για τη βελτίωση της συμπεριφοράς τους έναντι σεισμικών δράσεων (D Ambrisi et al., 2013). Γενικά, η ενίσχυση κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία απαιτεί την αντιμετώπιση ορισμένων προκλήσεων οι οποίες πηγάζουν από την πολυπλοκότητα της γεωμετρίας της κατασκευής, την ποικιλία των χρησιμοποιούμενων υλικών, καθώς και τις αλλαγές που έχει υποστεί η κατασκευή με την πάροδο του χρόνου. Ιδιαίτερα για τις κατασκευές με μεγάλη ιστορική, πολιτισμική και αρχιτεκτονική αξία, η συμβατότητα με τα υπάρχοντα υλικά, η αναστρεψιμότητα και η ελάχιστη επίδραση στη δομή, αποτελούν μερικές πρόσθετες απαιτήσεις. Συνεπώς, τα Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ) είναι μία ενδιαφέρουσα επιλογή για την ενίσχυση κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία, δεδομένου ότι η, με βάση το τσιμέντο, μήτρα τους προσφέρει καλή πρόσφυση και συμβατότητα με το υπόστρωμα, σε αντίθεση με τα Ινοπλισμένα Πολυμερή (ΙΟΠ), στα οποία η εποξειδική ρητίνη, που χρησιμοποιείται ως συνδετικό υλικό μεταξύ των συνεχών ινών, αφενός μεν είναι ασύμβατη με το υπόστρωμα λόγω των πολύ υψηλότερων τιμών αντοχής και δυσκαμψίας της, αφετέρου δε η εφαρμογή της είναι μη αναστρέψιμη. Επιπρόσθετα, τα ΙΑΜ

14 2 παρουσιάζουν ικανοποιητική συμπεριφορά σε υψηλές θερμοκρασίες, επιτρέπουν τη διαπνοή του υποστρώματος και μπορούν να εφαρμοστούν σε υγρές επιφάνειες ή υπό χαμηλές θερμοκρασίες, εν αντιθέσει με τα ΙΟΠ. Ακόμα ένα πλεονέκτημα των ΙΑΜ, σε σχέση με τις συμβατικές τεχνικές ενίσχυσης, είναι ότι οι μη-μεταλλικές ίνες τους δε διαβρώνονται, με αποτέλεσμα η παραδοσιακή επικάλυψη σκυροδέματος για την προστασία του οπλισμού να μην είναι απαραίτητη. Έτσι καθίσταται δυνατή η εφαρμογή εξαιρετικά λεπτών στρωμάτων ενίσχυσης, η οποία περιορίζει τη μεταβολή της γεωμετρίας, καθώς και την αύξηση των φορτίων λόγω του ιδίου βάρους της ενίσχυσης και, ως επακόλουθο, των αδρανειακών δυνάμεων που καταπονούν την κατασκευή σε περίπτωση σεισμού. Παρόλα αυτά, τα ΙΑΜ παρουσιάζουν ορισμένα μειονεκτήματα, όπως οι ανεπαρκείς συνθήκες συνάφειας τόσο μεταξύ του ΙΑΜ και του υποστρώματος, όσο και μεταξύ του πλέγματος ενίσχυσης και της μήτρας - κονιάματος (Carozzi et al., 2014). Η αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης με σύνθετα υλικά εξαρτάται σημαντικά από τη συνάφεια μεταξύ του υλικού ενίσχυσης και της τοιχοποιίας, καθώς και από τις μηχανικές ιδιότητες του υποστρώματος από τοιχοποιία. Δηλαδή, η ενισχυτική δράση των υλικών αυτών μπορεί να ελαχιστοποιηθεί λόγω της αποκόλλησής τους από το υπόστρωμα. Μάλιστα, το γεγονός ότι στην περίπτωση των ΙΑΜ η αποκόλληση παρατηρείται συνήθως στη διεπιφάνεια πλέγματος - μήτρας, σε αντίθεση με τα ΙΟΠ στα οποία η αποκόλληση συμβαίνει συνήθως μέσα στο υπόστρωμα, δείχνει ότι ο μηχανισμός αποκόλλησης διαφέρει για τα δύο αυτά σύνθετα υλικά. Επομένως, απαιτείται διερεύνηση της συνάφειας μεταξύ των ΙΑΜ και του υποστρώματος. Από πειραματικής άποψης, η αποτελεσματικότητα αυτών των σύνθετων υλικών μπορεί να ανιχνευθεί μέσω δοκιμών συνάφειας που δίνουν πληροφορίες σχετικά με τη σχέση διατμητικής δύναμης - παραμόρφωσης, το απαιτούμενο μήκος αγκύρωσης και τη συνολική δύναμη που μπορεί να μεταφερθεί από το υλικό ενίσχυσης στο υπόστρωμα. Ως εκ τούτου, σε αυτό το πλαίσιο αναφοράς, γίνεται μια προσπάθεια επισκόπησης της βιβλιογραφίας που έχει αναπτυχθεί σχετικά με το θέμα. 1.2 ΟΡΙΣΜΟΣ Τα Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ) είναι σύνθετα υλικά, στα οποία ίνες σε μορφή πλέγματος συνδυάζονται με κονιάματα τσιμεντοειδούς, κυρίως, βάσης. Συγκεκριμένα οι ίνες αποτελούν το φορέα ανάληψης δυνάμεων παράλληλα στη διεύθυνσή τους. Κύριο χαρακτηριστικό τους είναι η εξαιρετικά υψηλή εφελκυστική αντοχή και η

15 3 γραμμικά ελαστική συμπεριφορά μέχρι τη θραύση τους, όπως φαίνεται στο Σχ. 1.1 (Τριανταφύλλου, 2013). Ειδικά για τις εφαρμογές των ΙΑΜ οι συνήθεις τύποι ινών που χρησιμοποιούνται είναι γυαλιού, άνθρακα, βασάλτη και διαφόρων ειδών πολυμερικές. Σχήμα 1.1 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης - παραμόρφωσης για διάφορους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα. (Τριανταφύλλου, 2013) Ο ρόλος του κονιάματος είναι διπλός, λειτουργεί αφενός μεν ως μήτρα των ΙΑΜ, εξασφαλίζοντας τη συνεργασία ινών - μήτρας όχι μόνο μέσω δεσμού αλλά και, κυρίως, μέσω μηχανικής εμπλοκής, αφετέρου δε ως συγκολλητικό μέσο μεταξύ του ΙΑΜ και του υποστρώματος (Εικ. 1.1) (Τριανταφύλλου, 2013).

16 4 Εικόνα 1.1 Ινόπλεγμα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ). (D Ambrisi et al., 2013) 1.3 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΙΑΜ Τα ΙΑΜ μπορούν να θεωρηθούν ως εναλλακτική λύση, σε σχέση με τα ΙΟΠ, στο πεδίο της ενίσχυσης υφιστάμενων κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα ή/και φέρουσα τοιχοποιία, ενώ προσφέρουν, επίσης, πολλές δυνατότητες στο πεδίο των προκατασκευών. Οι όροι που χρησιμοποιούνται, συνήθως, στη διεθνή βιβλιογραφία είναι «Textile Reinforced Mortar» (TRM) για την πρώτη περίπτωση και «Textile Reinforced Concrete» (TRC) για τη δεύτερη περίπτωση (Triantafillou et al., 2013) Ενίσχυση κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα Περίσφιγξη υποστυλωμάτων Στην εργασία των Τριανταφύλλου κ.ά. (2006) μελετήθηκε η δυνατότητα χρήσης μανδυών ΙΑΜ ως μέσου περίσφιγξης στις κρίσιμες περιοχές (πόδας και κορυφή) υποστυλωμάτων, μη σεισμικά σχεδιασμένων, παλαιών κατασκευών και έγινε σύγκριση με μανδύες, ίσης δυστένειας, από ΙΟΠ. Παρουσιάστηκαν προκαταρκτικά πειραματικά αποτελέσματα δοκιμών ανακυκλιζόμενης φόρτισης επί τριών στοιχείων τύπου προβόλου. Από τα τρία δοκίμια που κατασκευάστηκαν, ένα δοκιμάστηκε χωρίς ενίσχυση (δοκίμιο αναφοράς), ένα ενισχύθηκε στον πόδα με δύο στρώσεις ΙΟΠ και ένα ενισχύθηκε στον πόδα με τέσσερις στρώσεις ΙΑΜ (Εικ. 1.2).

17 5 Εικόνα 1.2 Εφαρμογή μανδύα ΙΑΜ στον πόδα υποστυλώματος. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) Τα δοκίμια φορτίστηκαν με οριζόντια δύναμη, μέσω σερβοϋδραυλικού εμβόλου MTS αγκυρωμένου στην κεφαλή του στοιχείου. Η ιστορία φόρτισης αποτελούνταν από επαναλαμβανόμενους κύκλους μετατοπίσεων αυξανόμενου εύρους μέχρι είτε την αστοχία του δοκιμίου (δοκίμιο αναφοράς), είτε την επιβολή μεγάλης μετατόπισης έως εξαντλήσεως της δυναμικότητας του εμβόλου (ενισχυμένα δοκίμια). Τα δοκίμια φορτίζονταν ταυτόχρονα με σταθερό αξονικό φορτίο, το οποίο αντιστοιχούσε περίπου στο 30% της θλιπτικής αντοχής των υποστυλωμάτων υπό κεντρική θλίψη (Εικ. 1.3). Εικόνα 1.3 Πειραματική διάταξη. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) Κύριο χαρακτηριστικό της απόκρισης του δοκιμίου αναφοράς ήταν η διαρροή σε κάμψη, η οποία όμως ακολουθήθηκε από λυγισμό των διαμήκων ράβδων, λόγω του μεγάλου αστήρικτου μήκους από τους αραιά τοποθετημένους συνδετήρες, και αποδιοργάνωση του σκυροδέματος πάνω από τη βάση. Η απόκριση των ενισχυμένων

18 6 υποστυλωμάτων βελτιώθηκε σημαντικά λόγω της περίσφιγξης. Η αντοχή καθορίστηκε, και πάλι, από καμπτική διαρροή στη διατομή της βάσης στο ίδιο περίπου φορτίο, ωστόσο ο επακόλουθος λυγισμός των διαμήκων ράβδων ήταν σχετικά ελεγχόμενος, λόγω της περίσφιγξης μέσω των μανδυών. Έτσι, κατέστη δυνατή η ανάπτυξη μεγάλης οριζόντιας μετατόπισης, η οποία συνοδεύτηκε από μικρή (μανδύας ΙΟΠ) έως οριακή (μανδύας ΙΑΜ) πτώση του φορτίου. Σημειώνεται πάντως ότι σημαντικό ποσοστό της οριζόντιας μετατόπισης οφειλόταν στην ολίσθηση των διαμήκων ράβδων, λόγω των φτωχών συνθηκών συνάφειας με το περιβάλλον σκυρόδεμα. Συμπερασματικά, η αποτελεσματικότητα του μανδύα ΙΑΜ, ως προς την καθυστέρηση των δυσμενών συνεπειών του λυγισμού των ράβδων, ήταν τουλάχιστον ίση, αν όχι μεγαλύτερη, από αυτή του μανδύα ΙΟΠ ίσης δυστένειας Ενίσχυση δοκών έναντι τέμνουσας Στην εργασία των Τριανταφύλλου κ.ά. (2006) μελετήθηκε η χρήση μανδυών ΙΑΜ ως μέσου ενίσχυσης κρισίμων, έναντι τέμνουσας, περιοχών σε στοιχεία οπλισμένου σκυροδέματος. Η διερεύνηση έγινε μέσω δοκιμών μονοτονικής και ανακυκλιζόμενης κάμψης τεσσάρων σημείων επί έξι αμφιερείστων στοιχείων ορθογωνικής διατομής. Τα δοκίμια ήταν σκοπίμως υπερδιαστασιολογημένα έναντι κάμψης και υποδιαστασιολογημένα έναντι τέμνουσας (στα μήκη διάτμησης), ώστε η αστοχία πριν την ενίσχυση να οφείλεται σε διάτμηση. Από τα έξι δοκίμια που παρουσιάστηκαν στην εργασία, τα τέσσερα δοκιμάστηκαν σε μονοτονική φόρτιση και τα υπόλοιπα δύο σε ανακυκλιζόμενη. Εκ των τεσσάρων πρώτων, ένα ήταν χωρίς ενίσχυση (δοκίμιο αναφοράς), ένα ενισχύθηκε με δύο στρώσεις ΙΑΜ με συμβατικό τρόπο, ένα ενισχύθηκε με δύο στρώσεις ΙΟΠ και ένα ενισχύθηκε με δύο στρώσεις ΙΑΜ, οι οποίες κατασκευάστηκαν με δύο λωρίδες σε ελικοειδή διάταξη (Σχ. 1.2). Σχήμα 1.2 Ελικοειδής διάταξη λωρίδων μανδύα ενίσχυσης στο μήκος διάτμησης. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006)

19 7 Επειδή όλοι οι προαναφερθέντες τύποι μανδύα μετέτρεψαν τον μηχανισμό αστοχίας από διατμητικού τύπου (ψαθυρό) σε καμπτικού τύπου (πλάστιμο), τα επόμενα δύο δοκίμια ενισχύθηκαν με μόνο μία στρώση μανδύα, ένα με μανδύα ΙΑΜ και ένα με μανδύα ΙΟΠ, ώστε να καταστεί εφικτή η αστοχία των ενισχυμένων δοκιμίων και πάλι λόγω διάτμησης και να ποσοτικοποιηθεί η συμβολή του μανδύα στην ανάληψη τέμνουσας (Εικ. 1.4). Εικόνα 1.4 Πειραματική διάταξη. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) Το δοκίμιο αναφοράς αστόχησε διατμητικά μέσω της ανάπτυξης διαγώνιας ρωγμής σημαντικού εύρους μέσα στο μήκος διάτμησης. Η απόκριση των υπόλοιπων τριών δοκιμίων που δοκιμάστηκαν μονοτονικά, ήταν χαρακτηριστική καμπτικής αστοχίας λόγω διαρροής του διαμήκους οπλισμού, καταδεικνύοντας έτσι ότι και οι τρεις διατάξεις μανδύα δύο στρώσεων, ανεξαρτήτως τύπου μητρικού υλικού (ανόργανο κονίαμα ή ρητίνη) και τρόπου εφαρμογής (συμβατικός μανδύας δύο στρώσεων ή μανδύες με δύο λωρίδες σε ελικοειδή διάταξη), ήταν επαρκείς ώστε να αλλάξουν τον τρόπο αστοχίας από διατμητικού τύπου (ψαθυρό) σε καμπτικού τύπου (πλάστιμο), μέσω της ανάληψης δύναμης από τις ίνες, κατ αναλογία προς τους εσωτερικούς συνδετήρες. Εκ των δύο δοκιμίων που καταπονήθηκαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, το ενισχυμένο με στρώση μανδύα ΙΟΠ υπέστη καμπτικού τύπου αστοχία, η οποία εκδηλώθηκε με έντονες κατακόρυφες ρωγμές στην περιοχή μέγιστης ροπής. Το ενισχυμένο με μία στρώση μανδύα ΙΑΜ αστόχησε διατμητικά, αναπτύσσοντας έντονες λοξές (χιαστί) ρωγμές μέσα στο μήκος διάτμησης, οι οποίες, μάλιστα, ήταν εμφανείς στις εξωτερικές επιφάνειες του μανδύα. Χαρακτηριστικό της απόκρισης του δεύτερου δοκιμίου, σε αντίθεση με το πρώτο, ήταν η έντονη πτώση του φορτίου μετά τη μέγιστη τιμή. Επίσης, η θραύση του μανδύα, λόγω λοξής ρηγμάτωσης, έγινε σταδιακά: αρχικά ξεκίνησε από μία μικρή ομάδα δεσμών ινών και βαθμιαία επεκτάθηκε προς τις γειτονικές ίνες με τρόπο σχετικά ελεγχόμενο, γεγονός που δε χαρακτηρίζει μανδύες ΙΟΠ, η θραύση των οποίων, όταν συμβαίνει, είναι συνήθως εκρηκτική.

20 8 Βασικό συμπέρασμα της εργασίας των Τριανταφύλλου κ.ά. (2006), ήταν ότι οι μανδύες ΙΑΜ αποτελούν εξαιρετικά ενδιαφέρουσα πρόταση διατμητικής ενίσχυσης στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος, με αποτελεσματικότητα ενδεχομένως μικρότερη σε σχέση με τους μανδύες ΙΟΠ, κάτι που όμως μπορεί να αντισταθμιστεί εύκολα μέσω της κατάλληλης επιλογής του αριθμού των στρώσεων Ενίσχυση δοκών έναντι κάμψης Στην εργασία των Τριανταφύλλου κ.ά. (2006) μελετήθηκε η χρήση μανδυών ΙΑΜ ως μέσου ενίσχυσης στοιχείων τύπου δοκού έναντι κάμψης. Η διερεύνηση έγινε μέσω δοκιμών μονοτονικής κάμψης τεσσάρων σημείων επί τριών αμφιερείστων δοκών ορθογωνικής διατομής. Τα δοκίμια ήταν σκοπίμως υπερδιαστασιολογημένα έναντι τέμνουσας και υποδιαστασιολογημένα έναντι κάμψης, ώστε η αστοχία πριν την ενίσχυση να είναι καμπτικού τύπου. Από τα τρία δοκίμια που περιγράφηκαν, ένα ήταν χωρίς ενίσχυση (δοκίμιο αναφοράς), ένα ενισχύθηκε με τέσσερις στρώσεις ΙΑΜ και ένα ενισχύθηκε με τέσσερις στρώσεις ΙΟΠ στο εφελκυόμενο πέλμα. Σημειώνεται, επίσης, ότι και στα δύο ενισχυμένα δοκίμια, οι οπλισμοί ενίσχυσης είχαν περίπου ίση δυστένεια. Η απόκριση του δοκιμίου αναφοράς, σε μορφή καμπύλης συνολικής δύναμης - μετατόπισης στο μέσο του ανοίγματος, ήταν διγραμμική με σχεδόν οριζόντιο δεύτερο κλάδο, χαρακτηριστική υπο-οπλισμένης δοκού. Περίπου διγραμμική ήταν και η απόκριση των ενισχυμένων δοκιμίων, με αλλαγή κλίσης στο φορτίο που αντιστοιχεί στη διαρροή των εσωτερικών οπλισμών και μέγιστο φορτίο που καθορίστηκε από την αστοχία του εξωτερικού οπλισμού ενίσχυσης. Πιο συγκεκριμένα, για την περίπτωση ενίσχυσης με ΙΟΠ, η αστοχία επήλθε μέσω εφελκυστικής θραύσης των ινών περίπου στο μέσο του ανοίγματος, ενώ για την περίπτωση ενίσχυσης με ΙΑΜ, η αστοχία επήλθε λόγω αποκόλλησης του οπλισμού ενίσχυσης στο ένα άκρο (Εικ. 1.5). Η αποκόλληση αυτή έγινε δια μέσου του κονιάματος στη διεπιφάνεια μεταξύ δύο στρώσεων ινοπλεγμάτων («διαστρωματική απόσχιση» - interlaminar shearing) και όχι όπως συνηθίζεται για την περίπτωση οπλισμών ενίσχυσης ΙΟΠ, δηλαδή δια μέσου του σκυροδέματος κοντά στη διεπιφάνεια σκυροδέματος - οπλισμών ενίσχυσης. Ενδεχομένως, αν το κονίαμα του οπλισμού ενίσχυσης ΙΑΜ ήταν υψηλότερης αντοχής (αλλά και δυσθραυστότητας fracture toughness), ο τύπος αστοχίας του οπλισμού ενίσχυσης ΙΑΜ να ήταν ίδιος με αυτόν του οπλισμού ΙΟΠ.

21 9 (α) (β) Εικόνα 1.5 (α) Αστοχία οπλισμού ενίσχυσης λόγω εφελκυστικής θραύσης των ινών για την περίπτωση ενίσχυσης με ΙΟΠ, και (β) αστοχία λόγω αποκόλλησης του οπλισμού ενίσχυσης για την περίπτωση ενίσχυσης με ΙΑΜ. (Τριανταφύλλου κ.ά., 2006) Άλλα χαρακτηριστικά της απόκρισης του δοκιμίου που ενισχύθηκε με ΙΑΜ, συγκριτικά με αυτό που ενισχύθηκε με ΙΟΠ, ήταν η μικρότερη τιμή φορτίου διαρροής, η μικρότερη δυσκαμψία μετά τη διαρροή (κλίση του δεύτερου κλάδου της απόκρισης) αλλά και η μεγαλύτερη παραμορφωσιμότητα κατά την αστοχία. Τα χαρακτηριστικά αυτά αποδόθηκαν στη μειωμένη δυστμησία (shear stiffness) του οπλισμού ΙΑΜ, σχετικά με τον οπλισμό ΙΟΠ, με αποτέλεσμα την ελαφρά μειωμένη διατμητική συνεργασία μεταξύ εξωτερικών οπλισμών και σκυροδέματος Ενίσχυση πλακών δύο διευθύνσεων Στην εργασία των Παπανικολάου κ.ά. (2009) διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα των ΙΑΜ ως μέσου ενίσχυσης στοιχείων τύπου πλάκας δύο διευθύνσεων, με στόχο την αύξηση της αντοχής και της ικανότητας παραμόρφωσής τους. Για το σκοπό αυτό, κατασκευάστηκαν τέσσερα δοκίμια ελαφρά οπλισμένων πλακών, ολόσωμα σκυροδετημένα επί περιμετρικών δοκών οπλισμένου σκυροδέματος. Οι δοκοί είχαν υπερδιαστασιολογηθεί έναντι κάμψης και διάτμησης, έτσι ώστε η αστοχία των δοκιμίων να μην προκληθεί από αστοχία των περιμετρικών στοιχείων έδρασης. Οι πλάκες, εδραζόμενες επί αρθρώσεων στις τέσσερις γωνίες, δοκιμάστηκαν σε κάμψη υπό κεντρικά εφαρμοζόμενο, συγκεντρωμένο φορτίο (Εικ. 1.6).

22 10 Εικόνα 1.6 Πειραματική διάταξη. (Παπανικολάου κ.ά., 2009) Ένα δοκίμιο δοκιμάστηκε χωρίς ενίσχυση, ένα ενισχύθηκε με μία στρώση ανθρακοπλέγματος, ένα με δύο στρώσεις, ενώ το τελευταίο δοκίμιο ενισχύθηκε με τρεις στρώσεις υαλοπλέγματος (ίσης δυστένειας, και στις δύο διευθύνσεις, με μία στρώση ανθρακοπλέγματος) στην εφελκυόμενη επιφάνεια των πλακών (Εικ. 1.7). Εικόνα 1.7 Τοποθέτηση της δεύτερης στρώσης υαλοπλέγματος (προ της πίεσής του εντός του νωπού κονιάματος). (Παπανικολάου κ.ά., 2009) Βασικό συμπέρασμα της εργασίας των Παπανικολάου κ.ά. (2009) ήταν ότι η χρήση μανδυών ΙΑΜ αύξησε τη φέρουσα ικανότητα κρίσιμων σε κάμψη πλακών οπλισμένου σκυροδέματος, λειτουργώντας ως εξωτερικός οπλισμός με αναβαθμισμένα χαρακτηριστικά πρόσφυσης στο υπόστρωμα. Η φέρουσα ικανότητα των ενισχυμένων πλακών αυξήθηκε με την αύξηση του ποσοστού οπλισμού, μανδύες ίσης (ανά διεύθυνση) δυστένειας επέφεραν συγκρίσιμη αύξηση της αντοχής των στοιχείων, ενώ η διαστρωματική σχετική ολίσθηση των στρώσεων σε πολύστρωτους μανδύες (απουσία, όμως, φαινομένων διαστρωματικής απόσχισης) αύξησε την ικανότητα παραμόρφωσης των πλακών. Έτσι, διαφάνηκε ότι η χρήση ΙΑΜ αποτελεί μία ιδιαίτερα ελκυστική λύση ενίσχυσης πλακών οπλισμένου σκυροδέματος.

23 Ενίσχυση κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία Ενίσχυση τοιχίσκων έναντι εντός και εκτός επιπέδου φόρτισης Στην εργασία των Παπανικολάου κ.ά. (2006) διεξήχθη ένα ολοκληρωμένο πειραματικό πρόγραμμα σε τοιχίσκους από άοπλη φέρουσα τοιχοποιία, μικρής και μεσαίας κλίμακας, η πλειονότητα των οποίων ενισχύθηκε με αμφίπλευρους (και συμμετρικούς ως προς τον αριθμό των στρώσεων) μανδύες ΙΑΜ. Κατασκευάστηκαν τρεις τύποι δοκιμίων: διατμητικά τοιχώματα, στοιχεία τύπου πεσσού και στοιχεία τύπου υπερθύρου (Σχ. 1.3). Σχήμα 1.3 Τύποι δοκιμίων: (α) τύπου διατμητικού τοιχώματος, (β) τύπου πεσσού, και (γ) τύπου υπερθύρου. (Παπανικολάου κ.ά., 2006) Τα δοκίμια ελέγχτηκαν υπό συνθήκες ανακυκλιζόμενης φόρτισης σε: (α) εντός επιπέδου κάμψη με την παράλληλη επιβολή αξονικού φορτίου, (β) εκτός επιπέδου κάμψη και (γ) εντός επιπέδου διάτμηση με ή δίχως την παράλληλη επιβολή αξονικού φορτίου. Κύρια παράμετρος προς διερεύνηση ήταν ο αριθμός των στρώσεων, ενώ παράλληλα έγινε σύγκριση των ενισχυμένων με ΙΑΜ δοκιμίων με αντίστοιχα δοκίμια ενισχυμένα με μανδύες από ΙΟΠ, οι οποίοι διέφεραν σε σχέση με τους μανδύες από ΙΑΜ μόνο ως προς το συνδετικό υλικό των ινών (εποξειδική ρητίνη έναντι κονιάματος με βάση το τσιμέντο). Για την περίπτωση της εντός επιπέδου φόρτισης, χρησιμοποιήθηκαν και οι τρεις τύποι δοκιμίων. Τα δοκίμια τύπου διατμητικού τοιχώματος δοκιμάστηκαν ως κατακόρυφοι πρόβολοι φορτιζόμενοι με σταθερό αξονικό φορτίο στην ανώτατη σειρά οπτόπλινθων και με ένα συγκεντρωμένο πλευρικό φορτίο στην κορυφή. Τα δοκίμια τύπου πεσσού και υπερθύρου δοκιμάστηκαν ως οριζόντια στοιχεία σε κάμψη τριών σημείων (Εικ. 1.8). Η πειραματική διάταξη για τα δοκίμια τύπου πεσσού σκόπευε στην αναπαραγωγή των συνθηκών καμπτοδιατμητικής φόρτισης πεσσών (κατά τη διάρκεια σεισμού), οι οποίοι

24 12 βρίσκονται στις κατώτερες στάθμες κατασκευών φέρουσας τοιχοποιίας, όπου τα αξονικά θλιπτικά φορτία είναι υπολογίσιμα, ενώ η πειραματική διάταξη για τα δοκίμια τύπου υπερθύρου στόχευε στην αναπαραγωγή των συνθηκών καμπτοδιατμητικής φόρτισης υπερθύρων κατά τη διάρκεια σεισμού. Όλα τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη εντός επιπέδου φόρτιση με ελεγχόμενη παράμετρο τη μετατόπιση, εκτός από τα δοκίμια αναφοράς τύπου πεσσού και υπερθύρου, τα οποία δοκιμάστηκαν υπό μονοτονική φόρτιση. Εικόνα 1.8 Πειραματική διάταξη δοκιμίων: (α) τύπου διατμητικού τοιχώματος, και (β) τύπου πεσσού και υπερθύρου. (Παπανικολάου κ.ά., 2006) Οι μανδύες από ΙΑΜ, σε σύγκριση με εκείνους από ΙΟΠ, απεδείχθησαν λιγότερο αποδοτικοί ως προς την αύξηση της αντοχής, με το βαθμό αποδοτικότητας της μεθόδου να εξαρτάται από τον τύπο της φόρτισης και από τον αριθμό των στρώσεων. Σε όρους αύξησης της αντοχής, η αποδοτικότητα των μανδυών ΙΑΜ ήταν τουλάχιστον ίση με το 65-70% της αποδοτικότητας των μανδυών ΙΟΠ. Σε όρους αύξησης της παραμόρφωσης, η αποδοτικότητα των μανδυών ΙΑΜ ήταν σημαντικά μεγαλύτερη από την αντίστοιχη των μανδυών ΙΟΠ. Βάσει των αποτελεσμάτων, η αύξηση της αποδοτικότητας αυτής (ΙΑΜ συγκριτικά με ΙΟΠ) ήταν 15-30% για την περίπτωση των διατμητικών τοιχωμάτων, 135% για την περίπτωση στοιχείων τύπου δοκού - υποστυλώματος (πεσσού) και 350% για την περίπτωση στοιχείων τύπου δοκού (υπερθύρου). Επιπλέον, ανεξάρτητα από το συνδετικό υλικό (κονίαμα ή ρητίνη), η αντοχή αυξήθηκε με την αύξηση των στρώσεων και του εφαρμοζόμενου αξονικού φορτίου, με ταυτόχρονη μείωση της παραμορφωσιμότητας του στοιχείου. Για την περίπτωση της εκτός επιπέδου φόρτισης, χρησιμοποιήθηκαν δοκίμια τύπου πεσσού και υπερθύρου, έτσι ώστε να εξασφαλισθεί αστοχία λόγω ορθών τάσεων κάθετα και παράλληλα στους αρμούς, αντίστοιχα. Όλα τα ενισχυμένα δοκίμια υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη εκτός επιπέδου κάμψη τριών σημείων και με ελεγχόμενη παράμετρο τη

25 13 μετατόπιση. Τα δοκίμια αναφοράς δοκιμάστηκαν υπό μονοτονική φόρτιση ελεγχόμενης μετατόπισης (Εικ. 1.9). Εικόνα 1.9 Πειραματική διάταξη ανακυκλιζόμενης φόρτισης εκτός επιπέδου (πανομοιότυπη για τα δοκίμια τύπου πεσσού και υπερθύρου). (Παπανικολάου κ.ά., 2006) Η ενίσχυση με μανδύες ΙΑΜ απεδείχθη γενικά περισσότερο αποδοτική σε σύγκριση με την ενίσχυση με μανδύες ΙΟΠ ίσης δυστένειας, τόσο ως προς την αύξηση της αντοχής, όσο και ως προς την αύξηση της παραμορφωσιμότητας. Στην περίπτωση που ο μηχανισμός αστοχίας των ενισχυμένων στοιχείων χαρακτηρίστηκε από θραύση των ινών του πλέγματος, η αποδοτικότητα της μεθόδου ΙΑΜ υστερούσε ελάχιστα σε σύγκριση με την αντίστοιχη της μεθόδου ΙΟΠ. Στην εργασία των Faella et al. (2010) παρουσιάστηκαν και σχολιάστηκαν τα αποτελέσματα ενός πειραματικού προγράμματος που αφορούσε στην ενίσχυση έναντι εντός επιπέδου διάτμησης, στοιχείων τύπου διατμητικού τοιχώματος από φέρουσα τοιχοποιία. Για την ενίσχυση, εφαρμόστηκε μία στρώση ΙΑΜ σε κάθε πλευρά του στοιχείου (Εικ. 1.10). Το σύστημα αυτό, επιβεβαίωσε την αποτελεσματικότητά του, καθώς η διατμητική αντοχή των ενισχυμένων στοιχείων ήταν σημαντικά υψηλότερη συγκριτικά με αυτή των μη-ενισχυμένων. Τα ενισχυμένα δοκίμια δεν αστόχησαν λόγω της χαρακτηριστικής διαγώνιας ολίσθησης, η οποία συνήθως εμφανίζεται στη διεπιφάνεια τούβλου - κονιάματος άοπλων τοιχοποιιών. Αντιθέτως, οι στρώσεις ΙΑΜ απέτρεψαν τον πρόωρο σχηματισμό και το άνοιγμα μίας τέτοιας διαγώνιας ρωγμής, όπως απεδείχθη από την αλλαγή της δυσκαμψίας στις καμπύλες φορτίου - μετατόπισης. Ωστόσο, δεν παρατηρήθηκε καμία αστοχία ινών, αλλά, συνήθως, η αστοχία συνέβαινε πρόωρα μετά την απώλεια της συνάφειας μεταξύ της στρώσης ΙΑΜ και του υποστρώματος. Κατά συνέπεια, θα μπορούσε να παρατηρηθεί η ίδια αύξηση της διατμητικής αντοχής ακόμα και αν είχε χρησιμοποιηθεί μία λιγότερο ανθεκτική στρώση ΙΑΜ. Ειδικότερα, με βάση τις μηχανικές ιδιότητες της τοιχοποιίας, μια κρίσιμη τιμή της πυκνότητας ή της αντοχής των ινών θα μπορούσε, ενδεχομένως, να καθοριστεί για την πρόληψη της πρόωρης αστοχίας,

26 14 υιοθετώντας μια πιο ορθολογική χρήση των ινών και λιγότερο δαπανηρά μέτρα παρέμβασης στην ενίσχυση. Εικόνα 1.10 Εφαρμογή του πλέγματος ινών και τελική μορφή των ενισχυμένων δοκιμίων. (Faella et al., 2010) Στην εργασία των Augenti et al. (2011) ένας πλήρους κλίμακας τοίχος από φέρουσα τοιχοποιία δοκιμάστηκε σε εντός επιπέδου πλευρική φόρτιση. Αρχικά, ο τοίχος υπεβλήθη σε μονοτονικά αυξανόμενη μετατόπιση μέχρι την επίτευξη ενός μέτριου επιπέδου βλαβών. Στη συνέχεια υπεβλήθη σε επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης μέχρι σχεδόν την ίδια μέγιστη μετατόπιση που επετεύχθη κατά την μονοτονική δοκιμή, για τη διερεύνηση των επιπτώσεων των προηγούμενων βλαβών στη μη γραμμική απόκρισή της. Τέλος, οι ρωγμές που προκλήθηκαν στο υπέρθυρο από τις προηγούμενες δοκιμές πληρώθηκαν με κονίαμα και ο τοίχος ενισχύθηκε με μία στρώση ΙΑΜ σε κάθε πλευρά του υπερθύρου και των γειτονικών του κόμβων. Έπειτα υπεβλήθη σε κύκλους επαναλαμβανόμενης φόρτισης τύπου ελεγχόμενης μετατόπισης μέχρι λίγο πριν την κατάρρευση. Οι περισσότερες ρωγμές αναπτύχτηκαν στο υπέρθυρο, επηρεάζοντας τόσο την πλευρική αντίσταση, όσο και την εναπομείνασα αντοχή (Εικ. 1.11). Η σύγκριση των καμπυλών δύναμης - μετατόπισης έδειξε ότι η ενίσχυση με ΙΑΜ επέφερε την αποκατάσταση της φέρουσας ικανότητας του τοίχου και την ομοιόμορφη διάχυση της ενέργειας στο υπέρθυρο, ενώ καθυστέρησε την υποβάθμιση της αντοχής, η οποία συνέβη όντως, αλλά για μεγαλύτερες μετατοπίσεις.

27 15 Εικόνα 1.11 Ο ενισχυμένος τοίχος λίγο πριν την κατάρρευση και οι ρωγμές στο υπέρθυρο. (Augenti et al., 2011) Στην εργασία των Valluzzi et al. (2014) μελετήθηκε η απόδοση της ενίσχυσης με διάφορα σύνθετα υλικά, τοιχίσκων άοπλης τοιχοποιίας έναντι εκτός επιπέδου δράσης. Εκτός των άλλων, αντικείμενο της έρευνας ήταν και η ενίσχυση με ΙΑΜ. Τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε απλοποιημένη μονοτονική δοκιμή κάμψης τεσσάρων σημείων, με στόχο την αναπαραγωγή, στο εργαστήριο, της αστοχίας τοιχίσκων από άοπλη τοιχοποιία λόγω εκτός επιπέδου καταπόνησης (Εικ. 1.12). Διαπιστώθηκε ότι η εφαρμογή σύνθετων υλικών ήταν πολύ αποτελεσματική όσον αφορά στη βελτίωση της συμπεριφοράς των τοιχίσκων. Επιπλέον, έγινε μία προκαταρκτική αξιολόγηση, λαμβάνοντας υπόψη μόνο τη δυστένεια του υλικού ενίσχυσης, η οποία έδειξε πως η βελτίωση της απόκρισης των τοιχίσκων δεν απαιτεί μεγάλο ποσοστό οπλισμού, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε διατμητική αστοχία (ψαθυρή αστοχία). Εικόνα 1.12 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης και της εφελκυστικής αστοχίας του πλέγματος από γύψο. (Valluzzi et al., 2014)

28 Ενίσχυση τόξων και θόλων Στην εργασία των Garmendia et al. (2014) διερευνήθηκε η απόδοση των ΙΑΜ ως τεχνική ενίσχυσης τόξων από τοιχοποιία. Τρία μη-ενισχυμένα και εννέα ενισχυμένα δοκίμια (τρία στο εξωράχιο, τρία στο εσωράχιο και τρία και στις δύο πλευρές) υπεβλήθησαν σε μονοτονική κατακόρυφη φόρτιση, με κύριο στόχο τη μελέτη της απόκρισής τους, ώστε να προσδιοριστεί η συνεισφορά των ΙΑΜ και να καθοριστεί η μορφή αστοχίας ανάλογα με τις διάφορες μορφές ενίσχυσης (Εικ. 1.13). Η εφαρμογή στρώσεων ΙΑΜ φάνηκε να είναι μία αποτελεσματική λύση για την ενίσχυση τόξων από τοιχοποιία. Τα ενισχυμένα δοκίμια παρουσίασαν σημαντική αύξηση της αντοχής και της παραμορφωσιμότητας, για όλες τις μορφές ενίσχυσης. Η ανόργανη μήτρα από κονίαμα παρουσίασε ιδιότητες που είναι σε μεγάλο βαθμό σύμφωνες με τις απαιτήσεις για την αποκατάσταση κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία, όπως η συμβατότητα με το υπόστρωμα και η αναστρεψιμότητα. Όμως, η επιλογή της μορφής ενίσχυσης που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί εξαρτάται, εκτός των άλλων, και από τη δυνατότητα εφαρμογής της, βάσει των υπαρχουσών συνθηκών (προσβασιμότητα, αισθητική κ.λπ.). Εικόνα 1.13 Ενδεικτικές μορφές αστοχίας των ενισχυμένων τόξων (στο εξωράχιο, στο εσωράχιο και στις δύο πλευρές). (Garmendia et al., 2014)

29 17 Στην εργασία των Jurina et al. (2015) αξιολογήθηκε αριθμητικά η αποτελεσματικότητα των ΙΑΜ για την αναβάθμιση της ικανότητας μεταφοράς φορτίου σε θόλους κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία. Μελετήθηκαν οι ειδικές περιπτώσεις «Duomo di Colorno» και «Braindese Library». Οι θόλοι του «Duomo di Colorno», κατασκευασμένοι των 18 ο αιώνα, υπέστησαν ρωγμές από το σεισμό που χτύπησε τη βορειανατολική Ιταλία το Μία παρόμοια κατάσταση εμφανίστηκε στη «Braindese Library» λόγω καθίζησης της θεμελίωσης. Και στις δύο περιπτώσεις, η λεπτομερής γνώση της κατασκευής από άποψη γεωμετρίας, υλικών και φορτίων, επέτρεψε το σχεδιασμό επεμβάσεων για την ενίσχυσή της. Προκειμένου να αξιολογηθεί η συνολική συμπεριφορά του «Duomo di Colorno» καθώς και οι τάσεις στην τοιχοποιία, δημιουργήθηκε ένα ακριβές μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων ολόκληρης της κατασκευής και διεξήχθη μία μη γραμμική ανάλυση (Εικ. 1.14). Πραγματοποιήθηκε μια προκαταρκτική βαθμονόμηση των παραμέτρων της τοιχοποιίας στο μοντέλο, κυρίως με βάση τη σύγκριση μεταξύ πειραματικών, τα οποία ελήφθησαν μέσω δοκιμών, και αριθμητικών αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μηενισχυμένη κατασκευή μπορούσε να αντέξει έως μία επιτάχυνση αρκετά μικρότερη από αυτή του σεισμού του Σε αυτή την τιμή της επιτάχυνσης συνέβη ο σχηματισμός των ρωγμών στους θόλους. Εικόνα 1.14 Μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων και ρωγμές στους θόλους του «Duomo di Colorno». (Jurina et al., 2015)

30 18 Προκειμένου να αυξηθεί η αντοχή των θόλων, καθώς και να αποκατασταθεί η συνολική αντίσταση της κατασκευής, εφαρμόστηκαν στρώσεις ΙΑΜ στους θόλους, είτε στο εξωράχιο, είτε στο εσωράχιο, τουλάχιστον στις περιοχές που παρουσίασαν τις σημαντικότερες βλάβες. Έτσι, επετεύχθη μία σημαντική αύξηση της αντίστασης της τοιχοποιίας έναντι των εφελκυστικών τάσεων που προκαλούνται από τα σεισμικά φορτία, αποφεύγοντας το σχηματισμό ρωγμών και πλαστικών αρθρώσεων. Στην αριθμητική ανάλυση, το ΙΑΜ προσομοιώθηκε με δισδιάστατα στοιχεία τύπου κελύφους, στα οποία προσδόθηκαν τα μηχανικά και γεωμετρικά χαρακτηριστικά του πραγματικού υλικού. Απεδείχθη ότι, μετά την ενίσχυση με ΙΑΜ, η πρώτη ρωγμή στους θόλους εμφανίστηκε για επιτάχυνση 25% μεγαλύτερη σε σχέση με τη μη-ενισχυμένη κατασκευή. Μία άλλη ενδιαφέρουσα παρέμβαση πραγματοποιήθηκε στη «Braindese Library». Στον διακοσμημένο με νωπογραφίες θόλο της βιβλιοθήκης, ο οποίος κατασκευάστηκε το 1770, εκδηλώθηκαν διαδεδομένες ρωγμές εξαιτίας ανασκαφών στον περίγυρο του κτηρίου (Εικ. 1.15). Εφαρμόστηκε ένα μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων για να αξιολογηθούν οι τάσεις στην τοιχοποιία, εφαρμόζοντας κατακόρυφες μετακινήσεις στη θεμελίωση και συγκρίνοντας τις ρωγμές του μοντέλου με τις πραγματικές. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της ανάλυσης, η κύρια αιτία του ανοίγματος των ρωγμών ήταν η κατακόρυφη μετατόπιση της θεμελίωσης, ενώ ανιχνεύτηκαν υψηλές τιμές εφελκυστικών τάσεων στην τοιχοποιία. Εικόνα 1.15 Τομή και ρωγμές που εντοπίστηκαν στο θόλο της «Braindese Library» πριν την παρέμβαση. (Jurina et al., 2015)

31 19 Ως εκ τούτου, εφαρμόστηκαν στρώσεις ΙΑΜ στο εξωράχιο του θόλου. Ανάμεσα στα πλεονεκτήματα, μπορούν να αναφερθούν η αύξηση της εφελκυστικής αντοχής της τοιχοποιίας και η διασφάλιση της διαπνοής του υποστρώματος, απαραίτητη για τη διατήρηση των νωπογραφιών Ενίσχυση υποστυλωμάτων από φέρουσα τοιχοποιία Ο πρωταρχικός στόχος της εργασίας των Carloni et al. (2015) ήταν η κατανόηση της συμπεριφοράς υποστυλωμάτων από φέρουσα τοιχοποιία, για την ενίσχυση των οποίων χρησιμοποιήθηκαν μανδύες ΙΑΜ. Διεξήχθησαν θλιπτικές δοκιμές προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση της περίσφιγξης με ΙΑΜ. Για το σκοπό αυτό δοκιμάστηκαν διάφορες διατάξεις τούβλων. Το πεδίο των παραμορφώσεων στην επιφάνεια της τοιχοποιίας και του σύνθετου υλικού ελήφθη μέσω φωτογραμμετρίας (Εικ. 1.16). Εικόνα 1.16 Σκίτσο και φωτογραφία της πειραματικής διάταξης. (Carloni et al.,2015) Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η εφαρμογή μανδυών ΙΑΜ για την περίσφιγξη υποστυλωμάτων από φέρουσα τοιχοποιία μπορεί να αυξήσει αποτελεσματικά τη φέρουσα ικανότητά τους, ενώ ο τρόπος αστοχίας μπορεί να διαφέρει από αυτόν που παρατηρήθηκε σε αντίστοιχες περιπτώσεις εφαρμογής μανδυών ΙΟΠ Προκατασκευασμένοι παραμένοντες τσιμεντότυποι Σκοπός της εργασίας των Παπαντωνίου κ.ά. (2008) ήταν η παρουσίαση μίας συστηματικής, πειραματικής μελέτης δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος χυτευμένων επί, ή εντός, παραμενόντων, προκατασκευασμένων τύπων αποτελούμενων

32 20 από τσιμεντοειδείς μήτρες ενισχυμένες με πλέγματα (μη μεταλλικών) συνεχών ινών. Η πειραματική διαδικασία περιελάμβανε τον έλεγχο στοιχείων τύπου πλακολωρίδας σε κάμψη (Σχ. 1.4) και υποστυλώματος σε κεντρική θλίψη (Σχ. 1.5). Στόχος ήταν η διερεύνηση των ακόλουθων παραμέτρων: η σύνθεση της ανόργανης μήτρας, το είδος των ινών (ίνες άνθρακα και υάλου), η επιρροή του προεμποτισμού (με ρητίνη) των κλώνων, η γεωμετρία των πλεγμάτων (διάταξη κλώνων 0 /90 ή +45 /-45 ) και η τραχύτητα του υποστρώματος ΙΑΜ. Σχήμα 1.4 Σκαρίφημα της πειραματικής διάταξης για το στοιχείο τύπου πλακολωρίδας. (Παπαντωνίου κ.ά., 2008) Σχήμα 1.5 Σκαρίφημα στοιχείου τύπου υποστυλώματος. (Παπαντωνίου κ.ά., 2008) Βασικό συμπέρασμα της εργασίας ήταν ότι τα ΙΑΜ μπορούν να αποτελέσουν μία εξέλιξη στον τομέα των τσιμεντοειδών σύνθετων υλικών και να παράσχουν λύσεις όπου απαιτούνται πολύ μικρά πάχη στοιχείων (ήτοι μικρό βάρος), περίπλοκες γεωμετρίες κελυφωτών κατασκευών ή ανθεκτικότητα έναντι διάβρωσης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι

33 21 η χρήση σύμμικτων στοιχείων σκυροδέματος / ΙΑΜ ως στοιχεία τύπου πλακολωρίδας και υποστυλώματος είναι μια πολλά υποσχόμενη λύση για τη μείωση του χρόνου κατασκευής, την ελαχιστοποίηση του κόστους εργασίας και το φινίρισμα των εξωτερικών επιφανειών. Αυτοί οι τύποι μπορούν να σχεδιαστούν και κατασκευαστούν ώστε να συμμετέχουν πλήρως κατά τη διάρκεια της ωφέλιμης ζωής του σύνθετου μέλους.

34 22 2. ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ 2.1 ΟΡΙΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΚΑΙ ΤΥΠΟΙ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗΣ ΑΥΤΩΝ Ο χαρακτηρισμός μιας τοιχοποιίας ως «φέρουσα», προδίδει τον ρόλο που της έχει δοθεί για μεταφορά φορτίων προς την θεμελίωση. Τα 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 μια πληθώρα 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. Στην τελευταία περίπτωση, έχουν αυξημένη δυσκαμψία και μπορούν να θεωρηθούν ως οριζόντια διαφράγματα. 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. Έτσι, φαίνεται η σημασία που έχει η καλή σύνδεση των πλακών με το περιμετρικό τοίχωμα. Η ενίσχυση της τοιχοποιίας μπορεί να γίνει βάσει των αρχών που διέπουν την ενίσχυση στοιχείων από σκυρόδεμα, λαμβάνοντας υπόψη όμως ορισμένες ιδιαιτερότητες. Αυτές αναφέρονται, αφενός μεν στην απουσία αρχικού οπλισμού (εκτός εάν η τοιχοποιία είναι οπλισμένη), αφετέρου δε στον τρόπο καταπόνησης των στοιχείων μιας κατασκευής από φέρουσα τοιχοποιία. Οι συνήθεις παρατηρούμενες αστοχίες σε κτήρια από φέρουσα τοιχοποιία είναι που καθορίζουν και τους τύπους καταπόνησης και στην συνέχεια τους τρόπους και τις τεχνικές ενίσχυσης (Σχ. 2.1) (Κάρλος, 2005).

35 23 Σχήμα 2.1 Συνήθεις αστοχίες τοιχοποιίας. (Κάρλος, 2005) Με βάση την προέχουσα καταπόνηση, ένα στοιχείο τοιχοποιίας μπορεί να θεωρηθεί, γενικά, ως φορτιζόμενο σύμφωνα με μία 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 (Τριανταφύλλου, 2013). Οι παραπάνω καταπονήσεις προκαλούν μορφές αστοχίας τόσο για εντός, όσο και για εκτός επιπέδου φορτίσεις, οι οποίες εξαρτώνται τόσο από τη γεωμετρία της τοιχοποιίας και τον τρόπο στήριξής της όσο και από τις αντοχές του κονιάματος, των λιθοσωμάτων και των μεταξύ τους διεπιφανειών.

36 24 Σχήμα 2.2 Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση. (Κάρλος, 2005) Σχήμα 2.3 Μορφές αστοχίας τοιχοποιίας σε εκτός επιπέδου καταπόνηση. (Κάρλος, 2005) Οι κύριες μορφές αστοχίας, για εντός επιπέδου καταπόνηση, της άοπλης τοιχοποιίας περιληπτικά είναι: η διατμητική αστοχία, η ολίσθηση και ο λικνισμός. Η διατμητική αστοχία, διατμητικές ρηγματώσεις υπό γωνία 45 (1 η περίπτωση Σχ. 2.2), λαμβάνει 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 λιθοσωμάτων και αδύναμου κονιάματος, ή διαπερνούν τα λιθοσώματα, για την περίπτωση ασθενών λιθοσωμάτων και ισχυρού κονιάματος. Η πιθανότητα η ρηγμάτωση να επεκταθεί και στα λιθοσώματα αυξάνεται με το αξονικό φορτίο, γεγονός που επιφέρει ψαθυρή αστοχία.

37 25 Η ολίσθηση, οριζόντια ρηγμάτωση κατά μήκος των αρμών (2 η περίπτωση Σχ. 2.2), λαμβάνει χώρα όταν αστοχεί η διεπιφάνεια τσιμεντοκονιάματος και λιθοσώματος (υπέρβαση των δυνάμεων συνάφειας) σε τοίχους με συνήθη 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, σύνηθες φαινόμενο για ελεύθερους τοίχους, αναφέρεται ως ολίσθηση λόγω της σχετικής οριζόντιας μεταφορικής κίνησης του άνω τμήματος της τοιχοποιίας σε σχέση με το κάτω. Τέλος, ο λικνισμός (3 η περίπτωση Σχ. 2.2) λαμβάνει χώρα σε περιπτώσεις μεγάλου λόγου καμπτικής ροπής προς διατμητική δύναμη ή αυξημένης διατμητικής αντοχής. Προϋποθέτει παρόμοιες αντοχές λιθοσωμάτων και κονιάματος, ώστε το υλικό να συμπεριφέρεται ως ομοιογενές χωρίς σημείο αστοχίας. Είναι μια μορφή αστοχίας στην οποία παρουσιάζεται λικνισμός («rocking») του τοίχου γύρω από την βάση του σαν συμπαγές σώμα, με σύνθλιψη των θλιβόμενων ζωνών στις γωνίες του τοίχου και αποκόλληση των αρμών στην εφελκυόμενη ζώνη. Στην περίπτωση της κάμψης εκτός επιπέδου, η αποκόλληση - αστοχία των αρμών είναι το κυρίαρχο φαινόμενο, με τα τοιχοσώματα να παραμένουν στις περισσότερες των περιπτώσεων άθικτα (Σχ. 2.3). 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 (Κάρλος, 2005). 2.2 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Ως ενίσχυση ορίζεται το σύνολο των μέτρων αναβάθμισης των μηχανικών χαρακτηριστικών (αντοχή, δυσκαμψία) δομικού στοιχείου ή κτίσματος μέχρις ενός επιθυμητού ή απαιτητού επιπέδου (π.χ. σεισμικές δράσεις σχεδιασμού που επιβάλλουν οι τρέχοντες κανονισμοί). Σημειώνεται ότι η ενίσχυση προχωρά πέραν της επισκευής τυχόν βλαβών, είναι όμως δυνατή και η προληπτική ενίσχυση χωρίς την παρουσία βλαβών. Το επίπεδο και τα μέτρα ενίσχυσης προσδιορίζονται από ειδική μελέτη.

38 26 Η ενίσχυση κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία έχει ως κύριους στόχους: τη βελτίωση της συμπεριφοράς της κατασκευής σε στατικές αλλά κυρίως σε σεισμικές φορτίσεις την ενίσχυση της φέρουσας ικανότητας της θεμελίωσης ή ακόμα και του ίδιου του εδάφους. Οι πλέον γνωστές τεχνικές ενίσχυσης είναι: Οπλισμένο επίχρισμα: Η τεχνική αυτή μπορεί να εφαρμοστεί σε συνδυασμό με τις τεχνικές επισκευής υπό την προϋπόθεση ότι δεν είναι απαιτητή η διατήρηση της όψης της λιθοδομής. Έχει ως στόχο την αύξηση της διατμητικής και καμπτικής αντοχής της τοιχοποιίας. Μπορεί να εφαρμοστεί μονόπλευρα σε συνδυασμό με κατάλληλες φωλιές στην τοιχοποιία για την αποτελεσματική αγκύρωση, ή αμφίπλευρα με κατάλληλες διαμπερείς συνδέσεις. Ο βαθμός αποτελεσματικότητας της μεθόδου εξαρτάται από το πάχος και την καλή αγκύρωση του επιχρίσματος στην τοιχοποιία. Μειονέκτημα της τεχνικής αυτής αποτελεί η πιθανότητα συγκέντρωσης και εγκλωβισμού υγρασίας στη διεπιφάνεια μεταξύ τοίχου και επιχρίσματος με αποτέλεσμα τη σταδιακή αποδιοργάνωση του υφιστάμενου κονιάματος και τη μείωση της αντοχής του τοίχου. Στην περίπτωση της εφαρμογής της τεχνικής αυτής συνιστάται να λαμβάνεται πρόνοια για την απομάκρυνση της υγρασίας. Ομογενοποίηση μάζας: Με την τεχνική αυτή εισάγεται ένεμα στη μάζα της τοιχοποιίας, όχι μόνο για την πλήρωση ενδεχόμενων ρωγμών αλλά και όλων των κενών στο εσωτερικό της. Παρά το υψηλό κόστος, πρόκειται για μια τεχνική ιδιαίτερα αποδοτική στην περίπτωση αργολιθοδομών με μεγάλο ποσοστό κονιάματος χαμηλής ποιότητας, καθώς και στην περίπτωση τρίστρωτων τοιχοποιιών. Είναι πάντως δυνατόν να εφαρμόζεται σε επιλεγμένες περιοχές, κρίσιμες για τη συμπεριφορά της κατασκευής (π.χ. στις περιοχές με μεγάλες βλάβες, στις γωνίες των κτηρίων κ.λπ.). Απαιτείται ιδιαίτερη προσοχή στην περίπτωση που στην επιφάνεια της τοιχοποιίας υπάρχουν έργα τέχνης (νωπογραφίες, εικόνες κ.λπ.). Σε τέτοιες περιπτώσεις, είτε γίνεται προσωρινή αποτοίχιση των τοιχογραφιών, είτε περιορίζεται ο εμποτισμός του ενέματος. Κατασκευή μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος: Εφαρμόζεται σε περίπτωση εκτεταμένων ζημιών στους τοίχους όπου κρίνεται καθολική επέμβαση επισκευής - ενίσχυσης. Διακρίνονται σε μονόπλευρους και αμφίπλευρους μανδύες καθώς και σε ισχυρά και ελαφρά οπλισμένους. Γενικώς οι αμφίπλευροι κρίνονται ως καλύτεροι λόγω της συμμετρικής διατομής που δημιουργούν. Οι μονόπλευροι μανδύες συνήθως

39 27 εφαρμόζονται όταν υπάρχουν περιορισμοί ή πρακτικές δυσκολίες όπως π.χ. έλλειψη δυνατότητας εκτέλεσης εργασιών στους εσωτερικούς χώρους ή διατήρηση των εξωτερικών όψεων της τοιχοποιίας για αρχιτεκτονικούς - αισθητικούς λόγους. Γενικώς, με τους μανδύες επαυξάνονται σημαντικά η θλιπτική, εφελκυστική και διατμητική αντοχή της τοιχοποιίας. Όταν οι μανδύες εκτείνονται σε όλη την κατασκευή, προσδίδεται σε μεγάλο βαθμό σχετική μονολιθικότητα της κατασκευής γεγονός που βελτιώνει τη σεισμική της συμπεριφορά. Τα μειονεκτήματα αυτής της τεχνικής είναι οι εκτεταμένες εργασίες υψηλού κόστους, η αλλοίωση των όψεων της τοιχοποιίας και η συγκέντρωση υγρασίας πίσω από την τοιχοποιία. Προσθήκη ριζοπλισμών: Οι ριζοπλισμοί εφαρμόζονται συνήθως σε παλιές λιθοδομές μεγάλου πάχους για βελτίωση της μάζας, τοπικές ενισχύσεις ή και καθολική ενίσχυση (βελτίωση της συμπεριφοράς ολόκληρου φατνώματος ή πεσσών, δημιουργία υψίκορμων δοκών κ.λπ.). Με την τεχνική αυτή επιτυγχάνεται γενικώς σχετικά μικρή αύξηση της θλιπτικής αντοχής και σημαντική αύξηση της διατμητικής αντοχής της τοιχοποιίας, ανάλογα με την πυκνότητα τοποθέτησης και τη διάμετρο των ριζοπλισμών. Τα μειονεκτήματα της τεχνικής αυτής, τα οποία συνδέονται συνήθως με τη χρήση της σε μνημεία, είναι η αλλοίωση της δομής της τοιχοποιίας και μάλιστα κατά τρόπο μη αναστρέψιμο. Πολλές φορές λόγω της διάβρωσής τους προκαλείται διόγκωση με ταυτόχρονη πρόκληση βλαβών στην τοιχοποιία. Η εξαιρετικά δυσχερής αντικατάσταση των ριζοπλισμών σε περίπτωση διάβρωσής τους απαιτεί διατρήσεις μεγάλης διαμέτρου με κίνδυνο να προκληθούν βλάβες στην τοιχοποιία. Κατασκευή διαζωμάτων: Τα διαζώματα διασφαλίζουν και μάλιστα σε υψηλό βαθμό τη βελτίωση της συμπεριφοράς της κατασκευής έναντι σεισμού. Επιπλέον, επιτυγχάνεται ομοιόμορφη κατανομή των φορτίων της στέγης με παράλληλη διόρθωση ενδογενών προβλημάτων της κατασκευής, όπως προβλήματα γωνιών και διασταυρώσεων τοίχων, έδρασης και αγκύρωσης δαπέδων και στεγών κ.λπ. Τα διαζώματα μπορεί να είναι από οπλισμένο σκυρόδεμα, μέταλλο ή ξύλο. Η επιλογή του υλικού καθορίζεται από ορισμένες παραμέτρους όπως ο χαρακτήρας του κτηρίου, τα υλικά της τοιχοποιίας, τα υλικά του υπερκείμενου πατώματος ή στέγης κ.λπ. Για την κατασκευή του διαζώματος απαιτείται σχολαστική εργασία υποστύλωσης της στέγης ή του πατώματος και τμήματος του τοίχου προς αποφυγή περαιτέρω βλαβών λόγω της αφαίρεσης λίθων από τους τοίχους. Γενικώς, η κατασκευή διαζωμάτων προϋποθέτει εκτενείς εργασίες.

40 28 Προσθήκη ελκυστήρων και τενόντων: Οι ελκυστήρες χρησιμοποιούνται σε περίπτωση αποκόλλησης διασταυρούμενων τοίχων ή αποδιοργάνωσης γωνιών τοίχου. Εφαρμόζονται επίσης για τη βελτίωση της συμπεριφοράς της κατασκευής συνδέοντας απέναντι τμήματα της, με την εφαρμογή ευνοϊκής χαμηλής πρόθλιψης. Μπορούν ακόμα να εφαρμοστούν και για ενίσχυση της θεμελίωσης. Είναι συνήθως οριζόντιοι και σπανίως κατακόρυφοι. Ευθύγραμμοι τένοντες χρησιμοποιούνται συνήθως για την περιμετρική περίσφιξη τοιχοποιιών και για την αποκατάσταση λειτουργίας ελκυστήρα σε καμπύλους γραμμικούς ή επιφανειακούς φορείς, ενώ δακτυλιοειδείς τένοντες χρησιμοποιούνται για την περίσφιξη του τυμπάνου τρούλων. Με τους ελκυστήρες και τους τένοντες επιτυγχάνεται βελτίωση της συμπεριφοράς της τοιχοποιίας έναντι οριζοντίων, συνήθως σεισμικών, μετακινήσεων. Οι ελκυστήρες και οι τένοντες υπόκεινται σε χαλάρωση με την πάροδο του χρόνου λόγω ερπυσμού, γι αυτό και επιβάλλεται συστηματικός έλεγχος. Η τεχνική αυτή είναι εύκολα αναστρέψιμη και συνήθως συνυπάρχει στο τελικό σχήμα επέμβασης με κάποιες από τις άλλες τεχνικές. Αβαθής υποθεμελίωση: Είναι η πιο διαδεδομένη τεχνική υποθεμελίωσης στην πράξη, κυρίως για κτήρια μικρής σπουδαιότητας, λόγω του χαμηλού κόστους και της γρήγορης εφαρμογής της συγκριτικά με άλλες τεχνικές που αναφέρονται πιο κάτω. Εφαρμόζεται κυρίως σε περιπτώσεις όπου επιβάλλεται ενίσχυση της θεμελίωσης αλλά δεν παρατηρούνται ιδιαίτερα προβλήματα εδάφους. Ουσιαστικά υποβιβάζει το μέγεθος των τάσεων στον αρμό εδάφους - θεμελίου λόγω διαπλάτυνσης του πέλματος του πέδιλου και έτσι μειώνει την ανάπτυξη μετακινήσεων ή διαφορικών καθιζήσεων στο επίπεδο της θεμελίωσης. Η βελτίωση της φέρουσας ικανότητας της θεμελίωσης εξαρτάται από την ποιότητα σύνδεσης των νέων στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος με την υφιστάμενη θεμελίωση, η επίτευξη της οποίας απαιτεί σχολαστικές και εκτενείς εργασίες, κυρίως σε περίπτωση αμφίπλευρης ενίσχυσης. Βαθιά υποθεμελίωση με τη μέθοδο των μικροπασσάλων: Η τεχνική αυτή συνιστάται για τη βελτίωση της φέρουσας ικανότητας, τόσο του εδάφους, όσο και της θεμελίωσης. Εφαρμόζεται κυρίως στις περιπτώσεις που δεν είναι δυνατή η εφαρμογή των αβαθών υποθεμελιώσεων (π.χ. προβληματικά εδάφη, υψηλός υδροφόρος ορίζοντας κ.λπ.). Τα κύρια πλεονεκτήματα των μικροπασσάλων είναι η άμεση εφαρμογή και η ταχύτητα κατασκευής τους, η αποφυγή εργασιών υποσκαφής και η ικανότητά τους να παραλάβουν σταδιακά τμήμα των φορτίων και να οδηγήσουν στη σταθεροποίηση των μετακινήσεων. Απαιτείται η διάθεση ενός ευέλικτου και ισχυρού γεωτρύπανου, ικανού να διατρήσει κάθε

41 29 είδος εδάφους και θεμελίωσης. Η συμμετρική διάταξη μικροπασσάλων και από τις δύο πλευρές του τοίχου, αυξάνει την αποτελεσματικότητα. Ωστόσο υπάρχει συνήθως δυσκολία εισόδου του γεωτρύπανου στο κτήριο, το κόστος δε για την επιτυχή εφαρμογή της τεχνικής είναι σχετικά υψηλό. Ενίσχυση εδάφους: Εφαρμόζεται με την εισαγωγή ενεμάτων υψηλής αντοχής όταν κρίνεται αναγκαία η βελτίωση της φέρουσας ικανότητας του εδάφους θεμελίωσης (π.χ. εδάφη χαμηλής αρχικής φέρουσας ικανότητας, προσθήκη ορόφων η οποία αυξάνει τις τάσεις στο έδαφος θεμελίωσης ή ακόμη η περίπτωση εκσκαφής δίπλα από θεμέλια η οποία δημιουργεί σχετική αστάθεια του εδάφους κάτω από το επίπεδο της θεμελίωσης). Εφαρμόζεται τόσο σε συνεκτικά όσο και σε μη συνεκτικά εδάφη καθώς και σε βράχο υπό τον όρο ότι ο βράχος είναι ρηγματωμένος με τις ρωγμές του επικοινωνούσες. Αντίθετα δεν είναι δυνατόν να εφαρμοστεί σε εδάφη με μικρή διαπερατότητα, όπως π.χ. οι άργιλοι. Η τεχνική αυτή καθίσταται ελκυστική για το λόγο ότι διατίθενται ενέματα με μικρό ιξώδες κοντά σ αυτό του νερού. Η αποτελεσματικότητα της τεχνικής εξαρτάται από την ομοιομορφία της διασποράς του ενέματος κάτω από τη θεμελίωση. Σε περιπτώσεις ανομοιογένειας του εδάφους, η ομοιόμορφη διασπορά του ενέματος καθίσταται ιδιαίτερα δύσκολη, ενώ η διείσδυση του ενέματος σε μεγάλη έκταση ενδέχεται να έχει σημαντικές οικονομικές συνέπειες. Λόγω των συστηματικών ερευνών και εφαρμογών που έχουν γίνει για τις εργασίες επεμβάσεων σε μνημεία, έχει αναπτυχθεί αρκετή τεχνογνωσία γύρω από την τεχνολογία και τα μηχανικά χαρακτηριστικά των υλικών που χρησιμοποιούνται σε επεμβάσεις ενισχύσεων κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία. Αρκετά από αυτά τα επιτεύγματα είναι σήμερα, τεχνολογικά και οικονομικά, εφικτά και για παραδοσιακά κτήρια. Επίσης, αρκετά από τα υλικά που χρησιμοποιούνται γι αυτές τις εργασίες προσφέρονται έτοιμα στην αγορά και συνοδεύονται από ειδικά έντυπα της κατασκευάστριας ή προμηθεύτριας εταιρείας, γι αυτό συστήνεται όπως γίνεται σχολαστική αξιολόγηση των τεχνικών τους προδιαγραφών πριν επιλεγούν για χρήση. Κονιάματα: Η επιλογή της σύνθεσης του κονιάματος θα πρέπει να γίνεται με βάση τα χαρακτηριστικά του ήδη υπάρχοντος, της κατηγορίας του κτηρίου και της απαιτούμενης αντοχής που θα πρέπει να προσδοθεί στην τοιχοποιία. Κονιάματα συμβατά με τα υφιστάμενα, όρος επιβεβλημένος για την περίπτωση των μνημείων, εξασφαλίζουν γενικά καλύτερη πρόσφυση. Τα συνήθη συνδετικά κονιάματα που χρησιμοποιούνται σήμερα διακρίνονται σε τρεις βασικούς τύπους:

42 30 ασβεστοκονιάματα (AK): ασβέστης και άμμος σε κατάλληλες αναλογίες ασβεστοτσιμεντοκονιάματα (ATK): ασβέστης, τσιμέντο και άμμος σε κατάλληλες αναλογίες τσιμεντοκονιάματα (TK): τσιμέντο και άμμος σε κατάλληλες αναλογίες. Σε ξένους κανονισμούς και προδιαγραφές, όπως Ευρωκώδικας 6, Γερμανικές προδιαγραφές, Βρετανικές προδιαγραφές, Αμερικάνικες προδιαγραφές, καθορίζονται οι αναλογίες ασβέστη, άμμου και τσιμέντου ώστε από τους πιο πάνω τύπους κονιαμάτων να προκύψουν συγκεκριμένες θλιπτικές αντοχές του κονιάματος. Οι θλιπτικές αντοχές των διαφόρων τύπων κονιαμάτων έχουν συνήθως την παρακάτω διακύμανση. Ασβεστοκονιάματα (ΑΚ): MPa Ασβεστοτσιμεντοκονιάματα (ΑΤΚ): MPa Τσιμεντοκονιάματα (ΤΚ): >8.0 MPa Είναι γενική η παρατήρηση ότι η αύξηση του ποσοστού του τσιμέντου συμβάλει στην αύξηση της θλιπτικής αντοχής του κονιάματος, ενώ αντίστροφα η αύξηση του ποσοστού του ασβέστη συμβάλει στην αύξηση της παραμορφωσιμότητάς του, εξίσου σημαντική παράμετρος, δεδομένης της ψαθυρής συμπεριφοράς της τοιχοποιίας. Ενέματα: Τις τελευταίες δεκαετίες, και κυρίως για την πλήρωση κενού ή μεγάλου εύρους ρωγμών σε τοιχοποιίες ή σκυρόδεμα, χρησιμοποιούνται τα ενέματα. Τα συνήθη τσιμεντενέματα συντίθενται από τσιμέντο, νερό, άμμο, κάποιο υπερπλαστικοποιητή και ένα διογκωτικό προς διασφάλιση υψηλής αντοχής και χαμηλής συρρίκνωσης κατά τη σκλήρυνση. Ως επί το πλείστον τα ενέματα χρησιμοποιούνται για την επισκευή και ενίσχυση φερουσών τοιχοποιιών (ομογενοποίηση μάζας). Σε περίπτωση παραδοσιακών ή μνημειακών κτισμάτων παρασκευάζονται ενέματα συμβατά, από πλευράς αντοχής και παραμορφωσιμότητας, με τα υλικά δομήσεως, οπότε μεγάλο ποσοστό του τσιμέντου υποκαθίσταται από πουζολανικά υλικά (π.χ. θηραϊκή γη) και υδράσβεστο. Επιπλέον, για την επιτυχή εφαρμογή του, το ένεμα πρέπει να είναι σταθερό καθ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας και να αποφεύγεται η απόμιξη. Πολλές φορές πραγματοποιούνται δοκιμαστικές ενέσεις και η τελική σύνθεση του ενέματος αποφασίζεται βάσει των αποτελεσμάτων των δοκιμαστικών εφαρμογών. Επίσης, ενέματα χρησιμοποιούνται για τη σφράγιση ρωγμών ή ανοιγμάτων κατά την εφαρμογή ριζοπλισμών, ελκυστήρων και μικροπασσάλων. Τέλος, ειδικά ενέματα χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση του εδάφους. Η σύνθεσή τους, κυρίως ως προς το ιξώδες, απαιτεί γνώση του επιπέδου των ρωγμών του εδάφους εντός των οποίων θα διεισδύσει.

43 31 Οπλισμένο ή εκτοξευόμενο σκυρόδεμα: Το οπλισμένο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται κατά την κατασκευή διαζωμάτων, υπερθύρων και στις αβαθείς θεμελιώσεις. Το εκτοξευόμενο σκυρόδεμα χρησιμοποιείται στην κατασκευή των μανδυών, για το οποίο απαιτείται ειδικός εξοπλισμός. Συνιστάται βεβαίως σε κάθε περίπτωση οι προδιαγραφές του σκυροδέματος να προκύπτουν μετά από σχετική μελέτη αλλά κυρίως να λαμβάνονται ειδικές πρόνοιες για τη σύνδεση των στοιχείων σκυροδέματος με τη φέρουσα τοιχοποιία. Μέταλλα: Η χρήση μετάλλων απαιτείται για ριζοπλισμούς, για ελκυστήρες και τένοντες και σε ορισμένες περιπτώσεις για την κατασκευή διαζωμάτων ή την ενίσχυση πατωμάτων. Σε αρκετές περιπτώσεις επιβάλλεται η χρήση ανοξείδωτων μετάλλων προς αποφυγή διογκώσεων και πρόκληση ρωγμών στην τοιχοποιία. Οι ελκυστήρες και οι τένοντες υπόκεινται σε χαλάρωση με την πάροδο του χρόνου λόγω ερπυσμού, γι αυτό και επιβάλλεται συστηματικός έλεγχος αλλά και επιλογή μετάλλων ειδικών προδιαγραφών για το σκοπό αυτό (Δημοσθένους, 2009). 2.3 ΤΕΧΝΙΚΕΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΜΕ ΣΥΝΘΕΤΑ ΥΛΙΚΑ ΙΟΠ Η μόνιμη απαίτηση για τρόπους ενίσχυσης που να προσθέτουν όσο το δυνατό μικρότερα φορτία στην υπό επέμβαση κατασκευή, να αυξάνουν σε περιορισμένο βαθμό τις αρχικές διαστάσεις των διατομών των επί μέρους φερόντων στοιχείων, αλλά και οι ανάγκες για ανθεκτικότητα σε διάρκεια, συμβατότητα και αναστρεψιμότητα, που αφορούν κυρίως στις μνημειακού χαρακτήρα κατασκευές, καθιστούν τις τεχνικές ενίσχυσης με βάση τα σύνθετα υλικά ιδιαίτερα ελκυστικές. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι τεχνικές ενίσχυσης με βάση τα σύνθετα υλικά ΙΟΠ. Για την περίπτωση της κάμψης εντός ή εκτός επιπέδου, στόχος της ενίσχυσης είναι οι οπλισμοί να επικολληθούν, επιφανειακά ή σε εγκοπές, παράλληλα στις τροχιές των κύριων εφελκυστικών τάσεων (Σχ. 2.4 και 2.5, αντίστοιχα). 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.

44 32 Σχήμα 2.4 Διάταξη ενίσχυσης για εντός επιπέδου κάμψη με οπλισμό στην εφελκυόμενη ζώνη (πεσσοί, υπέρθυρα). (Κάρλος, 2005) Σχήμα 2.5 Ενδεικτική διάταξη σύνθετων υλικών για ενίσχυση σε εκτός επιπέδου κάμψη. (Κάρλος, 2005) Για την περίπτωση της διάτμησης εντός του επιπέδου της τοιχοποιίας, οι πιθανές διατάξεις των συνθέτων υλικών δίνονται στο Σχ 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.

45 33 Σχήμα 2.6 Διάταξη της ενίσχυσης σε στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος. (Κάρλος, 2005) 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 εφαρμογή 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. 2.1) (Κάρλος, 2005). Εικόνα 2.1 Ράβδος σύνθετου υλικού (ανθρακόνημα) σε εγκοπή στην θέση του αρμού. (Κάρλος, 2005) 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 κύριων θλιπτικών

46 34 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. 2.2, όπου ενισχύεται δοκίμιο από φέρουσα τοιχοποιία με ύφασμα από ίνες άνθρακα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης (Krevaikas and Triantafillou, 2005). Εικόνα 2.2 Δοκίμιο φέρουσας τοιχοποιίας ενισχυμένο με ύφασμα από ανθρακόνημα και μήτρα εποξειδικής ρητίνης. (Krevaikas and Triantafillou, 2005) Η στερέωση θόλων και τόξων με σύνθετα υλικά αποτελεί ουσιαστικά εφαρμογή ενίσχυσης για κάμψη εκτός επιπέδου. Στόχος τέτοιων επεμβάσεων (Σχ. 2.7) είναι η ενεργοποίηση των συνθέτων υλικών στις περιοχές «αρθρώσεων» κατά το σχηματισμό μηχανισμού κατάρρευσης, με αποτέλεσμα την αποτροπή τέτοιου μηχανισμού και κατ επέκταση τη σημαντική αύξηση της φέρουσας ικανότητας έναντι σεισμικών φορτίων (Τριανταφύλλου, 2013). Σχήμα 2.7 Στερέωση τόξων με σύνθετα υλικά στην εξωτερική (πάνω) και εσωτερική (κάτω) όψη. (Τριανταφύλλου, 2013)

47 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΙΟΠ ΚΑΙ ΙΑΜ Για τη σύγκριση των δύο εφαρμογών σύνθετων υλικών, ΙΟΠ και ΙΑΜ, αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα και των δύο. Ο εξαιρετικά μεγάλος λόγος αντοχής προς βάρος, η αντίσταση στη διάβρωση, η ευκολία και η ταχύτητα εφαρμογής, καθώς και η μικρή αλλαγή της γεωμετρίας των υφιστάμενων στοιχείων είναι τα σπουδαιότερα πλεονεκτήματα των ΙΟΠ. Ωστόσο, παρουσιάζουν και μερικά μειονεκτήματα, τα οποία πηγάζουν από τη χρήση εποξειδικών ρητινών ως υλικό συγκόλλησης με το υπόστρωμα ή ως μέσο εμποτισμού των ινών. Αυτά είναι η φτωχή συμπεριφορά των εποξειδικών ρητινών σε υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που οδηγεί στην ανάγκη για εξειδικευμένα και ακριβά μέτρα πυροπροστασίας, το σχετικά υψηλό κόστος των εποξειδικών ρητινών, οι κίνδυνοι για την υγεία των τεχνικών που εφαρμόζουν τις εποξειδικές ρητίνες, η αδυναμία εφαρμογής τους σε υγρές επιφάνειες ή υπό χαμηλές θερμοκρασίες, η παρεμπόδιση της διαπνοής του υποστρώματος, η ασυμβατότητα των εποξειδικών ρητινών με τα υλικά των υποστρωμάτων και η μη αναστρεψιμότητα. Κάποια από τα μειονεκτήματα αυτά μπορούν να ξεπεραστούν αντικαθιστώντας τις εποξειδικές ρητίνες με κονιάματα τσιμεντοειδούς κυρίως βάσης. Συνεπώς, τα ΙΑΜ υπερτερούν, όχι μόνο ως προς το κόστος, αλλά και ως προς την αντοχή σε πυρκαγιά, τη δυνατότητα εφαρμογής υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, τη διευκόλυνση της διαπνοής των υποστρωμάτων, την συμβατότητα και την αναστρεψιμότητα ως προς το υφιστάμενο στοιχείο. Παρόλα αυτά, δε θα μπορούσαν να λείπουν τα μειονεκτήματα και από τα ΙΑΜ. Αυτά απορρέουν, κυρίως, από τις ανεπαρκείς συνθήκες συνάφειας, τόσο μεταξύ του ΙΑΜ και του υποστρώματος όσο και μεταξύ του πλέγματος ενίσχυσης και της μήτρας - κονιάματος. Για αυτό η διερεύνηση των μηχανισμών συνάφειας μεταξύ πλέγματος και κονιάματος αποτελεί ένα ανοιχτό πεδίο συλλογής γνώσης.

48 36 3. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ Στην ενότητα αυτή, επιχειρείται μία ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας με αντικείμενο τον πειραματικό προσδιορισμό της συνάφειας των ΙΑΜ με υποστρώματα από τοιχοποιία και οπλισμένο σκυρόδεμα. 3.1 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στις πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της συνάφειας μεταξύ των ΙΑΜ και υποστρωμάτων από τοιχοποιία και οπλισμένο σκυρόδεμα Μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου Στην πειραματική διάταξη «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (single lap - single wall) εφαρμόζεται σύνθετο υλικό στη μία πλευρά ενός τοίχου (Σχ. 3.1). Στη διάταξη αυτή, το δοκίμιο τοποθετείται σε ένα χαλύβδινο πλαίσιο, το οποίο είναι αρκετά δύσκαμπτο ώστε να αποφεύγονται στροφές και στρεβλώσεις. Η προσεκτική τοποθέτηση του δοκιμίου είναι απαραίτητη προκειμένου να διασφαλιστεί η ευθυγράμμιση μεταξύ της άνω πλάκας του πλαισίου και του πλέγματος ή του σύνθετου υλικού που τραβιέται. Εναλλακτικά είναι δύνατον το υλικό ενίσχυσης να διατηρείται σταθερό και να μετακινείται το υπόστρωμα. Με αυτούς τους τρόπους, επιχειρείται η εφαρμογή καθαρού διατμητικού φορτίου και η αποφυγή ανάπτυξης κάθετων τάσεων στη διεπιφάνεια σύνθετου υλικού - υποστρώματος, οι οποίες επηρεάζουν το αποτέλεσμα της δοκιμής. Αυτή η διάταξη απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή στο σύστημα συγκράτησης του πλέγματος ή του υλικού ενίσχυσης, προκειμένου να εξασφαλιστεί ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου και να αποφευχθούν φαινόμενα ολίσθησης στις αρπάγες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη συγκόλληση του πλέγματος ή του υλικού ενίσχυσης μεταξύ δύο πλακών από αλουμίνιο, χάλυβα ή ΙΟΠ (RILEM TC-250 CSM). Στην εργασία των De Felice et al. (2014) διερευνήθηκε η συνάφεια μεταξύ των ΙΑΜ και υποστρώματος από τοιχοποιία. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκε και η πειραματική διάταξη «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» τραβώντας είτε το πλέγμα είτε το ΙΑΜ (Εικ. 3.1). Η συνάφεια των ΙΑΜ με υπόστρωμα από οπλισμένο σκυρόδεμα μελετήθηκε με χρήση της ίδιας πειραματικής διάταξης τραβώντας είτε το πλέγμα (Sneed et

49 37 al. (2014), D Antino et al. (2014), Ortlepp et al. (2006) και Ombres et al. (2015)), είτε το υπόστρωμα (Tran et al., 2014) (Εικ. 3.2). Σχήμα 3.1 Πιθανή πειραματική διάταξη για δοκιμές τύπου «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου». (RILEM TC-250 CSM) Εικόνα 3.1 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» για υπόστρωμα από τοιχοποιία. (De Felice et al., 2014)

50 38 (α) (β) Εικόνα 3.2 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» για υπόστρωμα από οπλισμένο σκυρόδεμα: (α) Sneed et al., 2014 και (β) Tran et al., Αμφίπλευρου μανδύα μονού τοίχου Στην πειραματική διάταξη «αμφίπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (double lap single wall) εφαρμόζεται σύνθετο υλικό στις δύο απέναντι πλευρές ενός τοίχου. Η διάταξη αποτελείται από ένα χαλύβδινο πλαίσιο με δύο εγκάρσιες δοκούς (ή μία δοκός και μία πλάκα) συνδεδεμένες με δύο ή τέσσερις ράβδους (Σχ. 3.2). Η ευθυγράμμιση του δοκιμίου πρέπει να εξασφαλίζεται για την αποφυγή της ανάπτυξης κάθετων τάσεων στη διεπιφάνεια σύνθετου υλικού υποστρώματος. Για το σκοπό αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν σφαιρικές αρθρώσεις. Το πλέγμα τοποθετείται γύρω από έναν κύλινδρο με διάμετρο ίση με την απόσταση των δύο στρώσεων ΙΑΜ, προκειμένου να εξασφαλιστεί όμοια φόρτιση και στις δύο πλευρές του δοκιμίου (RILEM TC-250 CSM). Στις εργασίες των Carozzi et al. (2014), Carozzi et al. (2015) και De Felice et al. (2014) διερευνήθηκε η συνάφεια μεταξύ των ΙΑΜ και υποστρώματος από τοιχοποιία με χρήση της πειραματικής διάταξης «αμφίπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (Εικ. 3.3).

51 39 Σχήμα 3.2 Πιθανές πειραματικές διατάξεις για δοκιμές «αμφίπλευρου μανδύα μονού τοίχου». (RILEM TC-250 CSM) (α) (β) Εικόνα 3.3 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «αμφίπλευρου μανδύα μονού τοίχου»: (α) Carozzi et al., 2014 και (β) De Felice et al., Αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου Στην πειραματική διάταξη «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου» (double lap double wall) δύο τοίχοι συνδέονται μεταξύ τους με σύνθετο υλικό στις δύο απέναντι

52 40 πλευρές τους (Σχ. 3.3). Η εφαρμογή διατμητικού φορτίου στη διεπιφάνεια υποστρώματος σύνθετου υλικού επιτυγχάνεται τραβώντας τους δύο τοίχους προς αντίθετες κατευθύνσεις. Αντικείμενο των εργασιών των D Ambrisi et al. (2013), Carozzi et al. (2014), Faella et al. (2008) και De Felice et al. (2014) ήταν ο πειραματικός προσδιορισμός της συνάφειας μεταξύ των ΙΑΜ και υποστρώματος από τοιχοποιία. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν διατάξεις τύπου «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου» (Εικ. 3.4). Η επίδραση της καμπυλότητας του υποστρώματος διερευνήθηκε στην εργασία των Malena et al. (2014) (Εικ. 3.5). Τέλος, στην εργασία των D Ambrisi et al. (2013) αναλύθηκε, πειραματικά, η συνάφεια μεταξύ ΙΑΜ και υποστρώματος από σκυρόδεμα. Σχήμα 3.3 Πειραματική διάταξη «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου». (D Ambrisi et al., 2013)

53 41 (α) (β) (γ) Εικόνα 3.4 Φωτογραφίες των πειραματικών διατάξεων «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου»: (α) Carozzi et al., 2014, (β) Faella et al., 2008 και (γ) De Felice et al., Εικόνα 3.5 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης «αμφίπλευρου μανδύα διπλού τοίχου» για ευθεία και καμπύλη επιφάνεια τοιχοποιίας. (Malena et al., 2014) 3.2 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΟΥ ΕΙΔΟΥΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΡΥΘΜΟΥ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Στην εργασία των D Antino et al. (2015) διερευνήθηκε η συνάφεια μεταξύ ΙΑΜ και υποστρώματος από οπλισμένο σκυρόδεμα. Τα δοκίμια υπεβλήθησαν, αρχικά, σε κόπωση και, στη συνέχεια, σε οιονεί - στατική μονοτονική φόρτιση. Για το σκοπό αυτό

54 42 χρησιμοποιήθηκε η πειραματική διάταξη «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (Εικ. 3.6). Για τη δοκιμή κόπωσης, το πρωτόκολλο φόρτισης σχεδιάστηκε για να διερευνηθούν οι επιδράσεις των διαφορετικών συχνοτήτων και των διαφορετικών διακυμάνσεων του φορτίου, σχετικά με: (α) τη μετακίνηση στη διεπιφάνεια σύνθετου υλικού υποστρώματος, (β) την απορροφούμενη ενέργεια κατά την διάρκεια των κύκλων, (γ) την υποβάθμιση του μέτρου της δυστμησίας της διεπιφάνειας και (δ) την οιονεί - στατική μονοτονική συμπεριφορά, μετά τη δοκιμή κόπωσης. Παρουσιάστηκαν, αρχικά, τα αποτελέσματα οιονεί - στατικών μονοτονικών δοκιμών, οι οποίες είχαν πραγματοποιηθεί στο παρελθόν από τους συγγραφείς χρησιμοποιώντας τα ίδια υλικά (Carloni et al., 2014). Οι δοκιμές ήταν ελεγχόμενης μετατόπισης με ρυθμό mm / sec. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν για τον προσδιορισμό της μέση αντοχής των δοκιμίων. Όσον αφορά στη δοκιμή κόπωσης, τα δοκίμια υπεβλήθησαν, αρχικά, σε οιονεί - στατική μονοτονική φόρτιση. Σε αυτό το αρχικό στάδιο φόρτισης (προφόρτιση), η μετακίνηση αυξανόταν με σταθερό ρυθμό ίσο με mm / sec. Μόλις επιτυγχανόταν η ονομαστική μέση τιμή P n = P n,max+p n,min 2 του προκαθορισμένου εύρους φορτίου, μια ημιτονοειδής φόρτιση (με έλεγχο της δύναμης) εφαρμοζόταν μεταξύ των ονομαστικών φορτίων P n,max και P n,min. Υιοθετήθηκαν τρία ονομαστικά εύρη φορτίου και τρεις συχνότητες φόρτισης. Μετά την προφόρτιση, εννέα δοκίμια υποβλήθηκαν σε ημιτονοειδή φόρτιση μέχρι ενός προκαθορισμένου αριθμού κύκλων, μετά τον οποίο η φόρτιση σταμάτησε σε τιμή φορτίου ίση με P n. Στη συνέχεια υπεβλήθησαν σε οιονεί στατική μονοτονική φόρτιση ελεγχόμενης μετακίνησης με ρυθμό mm / sec. Τα υπόλοιπα έξι δοκίμια (από τα συνολικά δεκαπέντε) μετά το στάδιο της προφόρτισης, υπεβλήθησαν σε ημιτονοειδή φόρτιση μέχρι την αστοχία. Οι τρεις συχνότητες της ημιτονοειδούς φόρτισης ήταν 1, 3 και 5 Hz (πέντε δοκίμια για κάθε μία). Η διακύμανση του φορτίου παρουσιάστηκε ως ποσοστό της μέσης αντοχής των δοκιμίων, όπως αυτή προέκυψε από τα αποτελέσματα οιωνεί στατικών μονοτονικών δοκιμών (Carloni et al., 2014). Τα τρία ονομαστικά εύρη φορτίου που υιοθετήθηκαν ήταν 20-50% (6 δοκίμια), 20-65% (5 δοκίμια) και 35-65% (4 δοκίμια). Η αστοχία προκλήθηκε από τη θραύση ινών εντός του μήκους αγκύρωσης. Αυτή η μορφή αστοχίας ήταν διαφορετική από την αντίστοιχη που παρατηρήθηκε σε ένα περιορισμένο αριθμό δοκιμίων που είχαν προηγουμένως υποβληθεί σε μονοτονική φόρτιση από τους συγγραφείς. Στην πραγματικότητα, η πρώτη φάνηκε να προκαλείται από

55 43 την επανάληψη της φόρτισης (συνοδεύτηκε από την ανάπτυξη ρωγμών στο κονίαμα), ενώ η δεύτερη από την ανομοιόμορφη κατανομή του φορτίου. Σε γενικές γραμμές, παρατηρήθηκε ότι ο συνδυασμός υψηλής διακύμανσης και μέσης τιμής του εύρους του φορτίου συνεπάγεται μεγαλύτερη υποβάθμιση της απόκρισης του δοκιμίου. Επίσης, η συχνότητα της φόρτισης φάνηκε να επηρεάζει την απόκριση. Παρατηρήθηκε μείωση του ποσοστού υποβάθμισης με την αύξηση της συχνότητας. Τέλος, διερευνήθηκε η απομένουσα ικανότητα των δοκιμίων με τη διενέργεια οιωνεί στατικών μονοτονικών δοκιμών. Τα αποτελέσματα υπέδειξαν ότι η αύξηση της μέσης τιμής του εύρους του φορτίου συνεπάγεται μείωση της απομένουσας ικανότητας των δοκιμίων. Εικόνα 3.6 Πειραματική διάταξη «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου». (D Antino et al., 2015) Η εργασία των Carloni et al. (2016) παρουσίασε τα αποτελέσματα μιας πειραματικής μελέτης που πραγματοποιήθηκε για να εξετάσει την επίδραση του ρυθμού φόρτισης στη συνάφεια μεταξύ των ΙΑΜ και υποστρώματος από οπλισμένο σκυρόδεμα. Για τη διεξαγωγή των δοκιμών χρησιμοποιήθηκε μία πειραματική διάταξη τύπου «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (Σχ. 3.4). Οι δοκιμές διεξήχθησαν με ελεγχόμενη παράμετρο τη μετατόπιση, υιοθετώντας δύο τύπους ελέγχου της μετατόπισης. Η πλειονότητα των δοκιμίων ελέγχθηκε με χρήση της μετακίνησης στο φορτιζόμενο άκρο του σύνθετου υλικού, ως μεταβλητής ελέγχου. Η τιμή αυτή προέκυψε ως ο μέσος όρος των μετρήσεων

56 44 δύο αισθητήρων. Αντίθετα, ένας περιορισμένος αριθμός δοκιμίων ελέγχθηκε με χρήση της μετακίνησης του εμβόλου, ως μεταβλητής ελέγχου. Όσον αφορά στις δοκιμές που διεξήχθησαν με μεταβλητή ελέγχου τη μετακίνηση του φορτιζόμενου άκρου, εφαρμόστηκαν επτά ρυθμοί φόρτισης, οι τιμές των οποίων κυμαίνονταν από mm / sec έως mm / sec. Αντίθετα, δύο ρυθμοί φόρτισης ( mm / sec και mm / sec) χρησιμοποιήθηκαν για τις δοκιμές με ελεγχόμενη μεταβλητή τη μετακίνηση του εμβόλου. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η αντοχή των δοκιμίων επηρεάζεται από το ρυθμό της φόρτισης. Παρατηρήθηκε αύξηση της αντοχής με την αύξηση του ρυθμού φόρτισης για ορισμένες τιμές και μείωση για κάποιες άλλες. Αντίθετα, δεν διαπιστώθηκε μία σαφής τάση όσον αφορά στην επιρροή του ρυθμού φόρτισης στη μετακίνηση του φορτιζόμενου άκρου του σύνθετου υλικού. Για ορισμένες τιμές του ρυθμού φόρτισης, η επιλογή της μεταβλητής ελέγχου επηρέασε τα χαρακτηριστικά της απόκρισης των δοκιμίων, όπως το αρχικό μέτρο της δυστμησίας και την αντοχή. Τέλος, ο μέσος όρος των εκτός επιπέδου μετακινήσεων του δοκιμίου όταν το φορτίο ήταν μέγιστο αυξανόταν με την αύξηση του ρυθμού φόρτισης. Αυτή η τάση ήταν ανεξάρτητη της μεταβλητής ελέγχου. Παρόλα αυτά, οι τιμές τους ήταν αρκετά μικρές ώστε να θεωρηθούν αμελητέες. Σχήμα 3.4 Πειραματική διάταξη. (Carloni et al., 2016) Στην εργασία των Bellini and Mazzotti (2016) διενεργήθηκαν δοκιμές εφελκυσμού και δοκιμές συνάφειας για τη διερεύνηση της συμπεριφοράς των ΙΑΜ, προκειμένου να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητά τους και να προταθούν μέθοδοι ελέγχου πριν από την εφαρμογή αυτών των σύνθετων υλικών σε κατασκευές από τοιχοποιία. Τα δοκίμια

57 45 υπεβλήθησαν σε μονοτονική και επαναλαμβανόμενη φόρτιση. Έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων των δύο αυτών δοκιμών. Για την κατασκευή των σύνθετων υλικών χρησιμοποιήθηκαν πλέγματα άνθρακα και γυαλιού, καθώς και κονίαμα με βάση τον ασβέστη. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα βελτιωτικό πρόσφυσης. Οι δοκιμές εφελκυσμού ήταν ελεγχόμενης μετατόπισης με ρυθμό 0.1 mm / min (πριν τη ρηγμάτωση) και 0.2 mm / min (μετά τη ρηγμάτωση). Η μέγιστη ταχύτητα αποφόρτισης ήταν 0.5 mm / min. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν επιβάλλοντας προκαθορισμένες τιμές μετακινήσεων, χωρίς, όμως, αντιστροφή του προσήμου του φορτίου. Για κάθε κύκλο η αύξηση της μετακίνησης μεταβαλλόταν σύμφωνα με τη απόλυτη τιμή της μετακίνησης. Το βήμα ήταν μεγαλύτερο για μεγαλύτερες τιμές της συνολικής μετακίνησης (Εικ. 3.7). Τα δοκίμια παρουσίασαν τριγραμμική (ή διγραμμική σε μερικές περιπτώσεις) σχέση τάσεων - παραμορφώσεων, ενώ ήταν δυνατός ο υπολογισμός των μέτρων ελαστικότητας που χαρακτηρίζουν τους διάφορους κλάδους της καμπύλης. Ο ορισμός των διαφόρων κλάδων που χαρακτηρίζουν την συμπεριφορά των δοκιμίων σε εφελκυσμό, βασίστηκε στις αλλαγές της κλίσης της καμπύλης. Ο πρώτος κλάδος αντιστοιχoύσε στην αρηγμάτωτη φάση, όπου ολόκληρη η διατομή ήταν ενεργή. Μετά την πρώτη ρηγμάτωση, ξεκινούσε ο δεύτερος κλάδος, ο οποίος χαρακτηριζόταν από μία ομαλή αύξηση της κλίσης και του αριθμού των ρωγμών κατά μήκος του δοκιμίου. Τελικά, η αύξηση της κλίσης σταματούσε, οδηγώντας στον τρίτο και τελευταίο σχεδόν γραμμικό κλάδο, όπου ο αριθμός των ρωγμών είχε σταθεροποιηθεί και αυξανόταν μόνο το άνοιγμά τους. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών παρατηρήθηκε προοδευτική ρηγμάτωση κατά μήκος των δοκιμίων, με σχηματισμό πολύ μικρών ρωγμών, πριν την τελική εφελκυστική αστοχία. Οι επαναλαμβανόμενες δοκιμές ήταν χρήσιμες για τον εντοπισμό βλαβών και παραμενουσών παραμορφώσεων κατά τη διάρκεια των κύκλων. Η διγραμμική ή τριγραμμική συμπεριφορά των δοκιμίων προέκυψε με το σχεδιασμό της περιβάλλουσας του διαγράμματος τάσεων παραμορφώσεων. Με αυτή την προσέγγιση κατέστη δυνατός ο υπολογισμός των μέτρων ελαστικότητας. Στη συνέχεια, οι τιμές αυτές συγκρίθηκαν με αυτές που προέκυψαν από τις μονοτονικές δοκιμές. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων των δύο δοκιμών έδειξε παρόμοιες εφελκυστικές αντοχές για το ίδιο είδος πλέγματος. Οι παραμορφώσεις αστοχίας ήταν παρόμοιες για το πλέγμα άνθρακα. Το πλέγμα γυαλιού εμφάνισε ελαφρώς υψηλότερες τιμές παραμορφώσεων κατά τις επαναλαμβανόμενες δοκιμές, σε σύγκριση με τις μονοτονικές. Σε αυτό το πλέγμα, η απόσταση των κλώνων ήταν μεγαλύτερη, γεγονός που ενδέχεται να οδήγησε σε αυξημένη ολίσθηση μεταξύ του

58 46 πλέγματος και του μητρικού υλικού εξαιτίας της επαναλαμβανόμενης φόρτισης. Η σύγκριση των μέτρων ελαστικότητας έδειξε ότι σε όλες τις περιπτώσεις η αρχική κλίση του διαγράμματος τάσεων παραμορφώσεων ήταν συστηματικά μικρότερη για τις επαναλαμβανόμενες δοκιμές, αν και υπήρχε αρκετή διασπορά των αποτελεσμάτων. Οι διαφορές περιορίστηκαν μόνο στην αρχική κλίση της καμπύλης. Εικόνα 3.7 Πειραματική διάταξη για τις δοκιμές εφελκυσμού. (Bellini and Mazzotti, 2016) Οι δοκιμές συνάφειας πραγματοποιήθηκαν με χρήση μίας πειραματικής διάταξης «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (Εικ. 3.8). Οι δοκιμές ήταν ελεγχόμενης μετατόπισης με ρυθμό 0.15 mm / min. Εκτός των μονοτονικών, πραγματοποιήθηκαν, επιπλέον, δοκιμές φόρτισης αποφόρτισης με την επανάληψη επιλεγμένων τιμών φορτίου ή επιβαλλόμενης μετακίνησης για 5 φορές. Όσον αφορά στις μορφές αστοχίας, η θραύση των ινών εκτός μήκους αγκύρωσης ήταν χαρακτηριστική του πλέγματος γυαλιού, όπου η καλή συνάφεια του σύνθετου υλικού με το υπόστρωμα επέτρεψε την πλήρη αξιοποίηση του οπλισμού ενίσχυσης. Ένας διαφορετικός τρόπος αστοχίας, ο οποίος χαρακτηρίζεται από μερική αποκόλληση στη διεπιφάνεια πλέγματος κονιάματος, πριν από τη θραύση των ινών εκτός του μήκους αγκύρωσης παρατηρήθηκε σε ορισμένα δοκίμια με πλέγμα γυαλιού, όπου πιθανώς η συνάφεια ήταν ασθενέστερη. Η πλήρης αποκόλληση στη διεπιφάνεια πλέγματος κονιάματος ήταν τυπική για δοκίμια με πλέγμα άνθρακα, η αντοχή των οποίων ήταν σημαντικά μικρότερη από αυτή που προέκυψε κατά τις δοκιμές εφελκυσμού. Συγκεκριμένα, η αστοχία συνέβη με την αποκόλληση του πλέγματος άνθρακα μαζί με ένα

59 47 λεπτό στρώμα κονιάματος από την κάτω στρώση του μητρικού υλικού, ενώ η άνω στρώση του μητρικού υλικού παρέμεινε κολλημένη πάνω στο πλέγμα. Κατά συνέπεια, η αντοχή των δοκιμίων μπορούσε να συσχετιστεί, στην περίπτωση αυτή, με τη διατμητική αντοχή του κονιάματος που χρησιμοποιήθηκε για την κατασκευή του σύνθετου υλικού. Όσον αφορά στη σχέση διατμητικής δύναμης μετατόπισης, μετά από ένα αρχικό σχεδόν γραμμικό κλάδο, στα δοκίμια με πλέγμα άνθρακα παρατηρήθηκε μία τυπική μη-γραμμική συμπεριφορά μετά την έναρξη της διαδικασίας αποκόλλησης. Ο δεύτερος κλάδος χαρακτηρίστηκε από μία σταθερή αύξηση της μετακίνησης με μια σχεδόν σταθερή δύναμη διάτμησης. Αντίστοιχα, στα δοκίμια με πλέγμα γυαλιού ο πρώτος κλάδος ακολουθήθηκε από ξαφνική αστοχία ή ένα περιορισμένο σχεδόν οριζόντιο κλάδο. Οι κύκλοι φόρτισης αποφόρτισης που εκτελέστηκαν κατά τον πρώτο κλάδο οδήγησαν σε πολύ μικρές παραμένουσες παραμορφώσεις. Αντιθέτως, οι κύκλοι που πραγματοποιήθηκαν κατά το δεύτερο κλάδο οδήγησαν σε σημαντικές παραμένουσες παραμορφώσεις. Όσον αφορά στην αντοχή των δοκιμίων, αυτή δε φάνηκε να επηρεάζεται από το είδος της φόρτισης. Εικόνα 3.8 Πειραματική διάταξη για τις δοκιμές συνάφειας. (Bellini and Mazzotti, 2016) Στην εργασία των De Santis and De Felice (2014) παρουσιάστηκε μία πειραματική μελέτη για τη συμπεριφορά των ΙΑΜ σε εφελκυσμό. Για την κατασκευή των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκαν δύο είδη πλεγμάτων και πέντε είδη κονιαμάτων. Αρχικά, εξετάστηκαν

60 48 διάφορες μέθοδοι εφαρμογής του φορτίου και διερευνήθηκε η αποτελεσματικότητα τους. Στη συνέχεια, τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε μονοτονικές και επαναλαμβανόμενες δοκιμές για τον προσδιορισμό της αντοχής και της δυστένειας, της κατανομής των ρωγμών και του τρόπου αστοχίας, χαρακτηριστικά τα οποία εξαρτώνται από τις μηχανικές ιδιότητες και τη διάταξη της μήτρας και του πλέγματος. Για τη διεξαγωγή των δοκιμών χρησιμοποιήθηκαν τα συμπεράσματα που προέκυψαν κατά το αρχικό στάδιο της εργασίας. Οι επαναλαμβανόμενες δοκιμές πραγματοποιήθηκαν χωρίς εναλλαγή της φοράς του φορτίου. Στόχος ήταν ο προσδιορισμός του παραμένοντος ανοίγματος των ρωγμών και της υστερητικής συμπεριφοράς των ΙΑΜ. Η πρώτη αποφόρτιση πραγματοποιήθηκε αμέσως μετά την εμφάνιση της πρώτης ρωγμής, ενώ οι ακόλουθοι κύκλοι πραγματοποιήθηκαν με αύξηση της παραμόρφωσης κατά περίπου 0.05% (για κάθε κύκλο). Η αποφόρτιση γινόταν σε όρους επιβαλλόμενης μετακίνησης μέχρι το μηδενισμό του φορτίου. Η αντοχή, το μέτρο ελαστικότητας μετά τη ρηγμάτωση και ο τρόπος αστοχίας φάνηκε να διέπονται κυρίως από τις ιδιότητες του πλέγματος. Παρόλα αυτά, λόγω της επιρροής της δυστένειας του κονιάματος, η παραμόρφωση αστοχίας των ΙΑΜ ήταν συχνά μικρότερη από εκείνη του πλέγματος. Η συνεισφορά του κονιάματος στα πρώτα στάδια (πριν τη ρηγμάτωση και κατά την ανάπτυξη των ρωγμών) ήταν σημαντική για σύνθετα υλικά με σχετικά χαμηλή αντοχή και δυστένεια πλέγματος, ενώ ήταν σχεδόν αμελητέα για σύνθετα υλικά με πολύ υψηλότερες τιμές αντοχής και δυστένειας πλέγματος συγκριτικά με αυτές του κονιάματος. Μήτρες με μεγαλύτερη αντοχή και δυστένεια οδήγησαν σε μεγαλύτερη δυστένεια του σύνθετου υλικού στα πρώτα στάδια της δοκιμής, καθώς και σε μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των ρωγμών στο τέλος. Παράλληλα, η καλύτερη συνάφεια πλέγματος - μήτρας οδήγησε σε καλύτερη κατανομή των ρωγμών. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η διεύρυνση του ανοίγματος των ρωγμών ήταν ο κυρίαρχος μηχανισμός αστοχίας. Αντίθετα, στις περιπτώσεις μειωμένης συνάφειας πλέγματος - μήτρας, η δημιουργία νέων ρωγμών ήταν διαδεδομένη (Εικ. 3.9). Οι επαναλαμβανόμενες δοκιμές παρείχαν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με την υστερητική συμπεριφορά. Όσο υψηλότερη ήταν η δυστένεια και η αντοχή της μήτρας τόσο μεγαλύτερη ήταν η μέση τιμή του παραμένοντος ανοίγματος των ρωγμών, ειδικά για χαμηλές τιμές παραμορφώσεων, λόγω αφενός του μικρότερου αριθμού των ρωγμών, αφετέρου της υψηλότερης τιμής παραμόρφωσης στην οποία εμφανίστηκε η πρώτη ρωγμή.

61 49 Εικόνα 3.9 Κατανομή των ρωγμών στα δοκίμια. (De Santis and De Felice, 2014) Ο στόχος της εργασίας των Mesticou et al. (2016) ήταν να προσδιορίσει πειραματικά τη συμπεριφορά των ΙΑΜ σε κόπωση. Για την κατασκευή των δοκιμίων χρησιμοποιήθηκαν δύο πλέγματα άνθρακα διαφορετικών μεγεθών. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε πλέγμα γυαλιού σε συνδυασμό με ράβδους από άνθρακα και/ή γυαλί. Μια παραμετρική μελέτη διεξήχθη για τον προσδιορισμό της απόδοσης αυτών των σύνθετων υλικών όταν αναλαμβάνουν φορτία ίσα με το 60% και το 80% της εφελκυστικής τους αντοχής, για πάνω από 100 κύκλους. Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι η αύξηση του φορτίου συνεπάγεται αύξηση της δυστένειας και της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας διατηρώντας, όμως, αναλλοίωτο το μηχανισμό παραμόρφωσης. Παρατηρήθηκε βελτίωση της απόδοσης των σύνθετων υλικών με την προσθήκη των ράβδων άνθρακα και/ή γυαλιού. Η παραμόρφωση χαρακτηρίστηκε από το σχηματισμό ρωγμών κάθετα στη διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου. Η πυκνότητά τους ήταν ανάλογη του εφαρμοζόμενου φορτίου. Στη συνέχεια, τα δοκίμια υπεβλήθησαν σε μονοτονική δοκιμή εφελκυσμού (μετά τη δοκιμή κόπωσης) για το χαρακτηρισμό της απομένουσας ικανότητάς τους. Η απόκριση

62 50 των δοκιμίων χαρακτηρίστηκε από μια σχεδόν γραμμική σχέση τάσεων - παραμορφώσεων, ανεξάρτητα από το φορτίο που είχε εφαρμοστεί προηγουμένως. Παρόλα αυτά, παρατηρήθηκε μια σημαντική μείωση της ικανότητας παραμόρφωσης, ενώ η ύπαρξη των ρωγμών ενδέχεται να περιορίσει την ανθεκτικότητα σε διάρκεια (Εικ. 3.10). Επιπλέον, αντικείμενο της εργασίας ήταν η διερεύνηση της επιρροής τόσο του ρυθμού φόρτισης, όσο και του αριθμού των κύκλων φόρτισης κατά τη δοκιμή κόπωσης. Η επίδραση της αύξησης του ρυθμού φόρτισης εξαρτάται από τη φύση του υλικού ενίσχυσης και, ακριβέστερα, από το μέγεθος του πλέγματος. Αύξηση του ρυθμού φόρτισης οδήγησε σε μείωση της αντοχής σε εφελκυσμό και της δυστένειας των δοκιμίων με μικρό μέγεθος πλέγματος. Ο προεμποτισμός του πλέγματος με ρητίνη βελτίωσε την απόδοση των δοκιμίων ακόμα και για μεγάλο αριθμό κύκλων φόρτισης. Εικόνα 3.10 Σχηματισμός ρωγμών κατά τη δοκιμή κόπωσης και μετά από αυτή. Φορτίο κατά τη δοκιμή κόπωσης: (α) 60% και (β) 80% της εφελκυστικής αντοχής. (Mesticou et al., 2016)

63 ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ (ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ) Από τη βιβλιογραφική ανασκόπηση που προηγήθηκε προέκυψε ότι οι παράμετροι που υπεισέρχονται στο θέμα της συνάφειας των ΙΑΜ με υπόστρωμα από τοιχοποιία είναι οι εξής: το μήκος αγκύρωσης το πλάτος αγκύρωσης ο αριθμός των στρώσεων το υλικό του πλέγματος η γεωμετρία του πλέγματος το υλικό του κονιάματος η αντοχή του υποστρώματος η διάταξη των αρμών της τοιχοποιίας η ύπαρξη ή μη διατμητικών κλειδιών ο ρυθμός της φόρτισης το είδος της φόρτισης. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, το μήκος αγκύρωσης και το είδος της φόρτισης ήταν οι βασικές παράμετροι που διερευνήθηκαν. Σε περιορισμένο βαθμό διερευνήθηκε και η επιρροή του ρυθμού της φόρτισης. Στόχος ήταν η σύγκριση της απόκρισης δοκιμίων τοιχοποιίας ενισχυμένων με ΙΑΜ, όταν αυτά υποβάλλονται σε μονοτονικές και ανακυκλιζόμενες δοκιμές συνάφειας. Επιχειρήθηκε, επίσης, ο προσδιορισμός του βέλτιστου μήκους αγκύρωσης, δηλαδή του μήκους εκείνου πέραν του οποίου η δύναμη αποκόλλησης παραμένει σταθερή. Η παράμετρος αυτή είναι κυρίαρχη στο θέμα της συνάφειας των ΙΑΜ με υποστρώματα κάθε είδους. Ωστόσο, πρέπει να επισημανθεί ότι ο προσδιορισμός του βέλτιστου μήκους αγκύρωσης και, γενικότερα, της απόκρισης των δοκιμίων είναι άμεσα εξαρτώμενος από τα εκάστοτε χρησιμοποιούμενα υλικά (πλέγματος και κονιάματος).

64 52 4. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟΥ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΟΣ 4.1 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΛΙΚΩΝ Για την παρασκευή των δοκιμίων, κατασκευάστηκαν τοιχίσκοι άοπλης τοιχοποιίας. Οι τοιχίσκοι αποτελούνταν από συμπαγή λεία τούβλα, μήκους 205 mm, πλάτους 100 mm και ύψους 50 mm. Η αντοχή τους σε θλίψη ήταν 20 MPa, σύμφωνα με τον παραγωγό. Οι αρμοί πληρώθηκαν με κονίαμα κατηγορίας Μ5, σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση του Ευρωκώδικα 6 (Εικ. 4.1). Το κονίαμα αποτελείτο από τσιμέντο, ασβέστη και άμμο σε αναλογίες 1:2:6, κατ όγκο. Ο προσδιορισμός των μηχανικών ιδιοτήτων του κονιάματος πραγματοποιήθηκε με τη λήψη πρισματικών δοκιμίων διαστάσεων mm. Υπολογίστηκε η εφελκυστική αντοχή από κάμψη ίση με 0.70 MPa (CoV από 15 δοκίμια: 25.13%) και η θλιπτική αντοχή ίση με 3.40 MPa (CoV από 15 δοκίμια: 9.88%) μετά από 28 ημέρες, βάσει της Ευρωπαϊκής Προδιαγραφής EN Το πάχος των αρμών ήταν περίπου 15 mm. Εικόνα 4.1 Κατασκευή τοιχίσκων.

65 53 Οι τιμές της αντοχής σε θλίψη και του μέτρου ελαστικότητας των τοιχίσκων προσδιορίστηκαν σύμφωνα με τις συστάσεις RILEM TC 76-LUM και βρέθηκαν ίσες με MPa (CoV από 5 δοκίμια: 10%) και MPa ( CoV από 5 δοκίμια: 18%). Ο αριθμός των τούβλων μεταβαλλόταν ώστε να είναι εφικτή η εφαρμογή του σύνθετου υλικού με το προκαθορισμένο μήκος αγκύρωσης. Μετά την κατασκευή τους, οι τοιχίσκοι συντηρούνταν για 7 ημέρες και στη συνέχεια ενισχύονταν με ΙΑΜ. Κατά τη συντήρηση, οι τοιχίσκοι σκεπάζονταν με βρεγμένες λινάτσες και καλύπτονταν με νάιλον. Για το σύνθετο υλικό ΙΑΜ χρησιμοποιήθηκε υαλόπλεγμα SikaWrap-350G Grid με κλώνους ινών διατεταγμένους σε δύο διαστάσεις. Το πλέγμα αυτό διαθέτει επικάλυψη ανθεκτική στα αλκάλια του τσιμέντου. Τα χαρακτηριστικά ινών και πλέγματος παρατίθενται στους Πίν. 4.1 και 4.2, αντίστοιχα. Τα στοιχεία αντλήθηκαν από το τεχνικό φυλλάδιο του προϊόντος. Σημειώνεται πως η εφαρμογή του πλέγματος στα δοκίμια έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε η διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου να είναι παράλληλη στους κλώνους που έχουν αξονική απόσταση 14.2 mm. Δηλαδή, το ακατέργαστο βάρος του πλέγματος παράλληλα στη διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου ισούται με 145 gr / m 2 ± 5% (βλέπε υποκεφάλαιο 4.2). Επιπρόσθετα, για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων του πλέγματος, τρία δοκίμια υπεβλήθησαν σε δοκιμή εφελκυσμού. Το πλάτος των δοκιμίων ήταν 120 mm (8 κλώνοι), ίδιο με αυτό του πλέγματος που χρησιμοποιήθηκε για την ενίσχυση των τοιχίσκων. Σε κάθε άκρο συγκολλήθηκαν δύο πλάκες από ΙΟΠ, διαστάσεων 120 mm 80 mm. Οι πλάκες αυτές επέτρεψαν την τοποθέτηση των δοκιμίων στις αρπάγες της μηχανής, καθώς και την ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου. Το ελεύθερο μήκος του πλέγματος ήταν 200 mm. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με ελεγχόμενη παράμετρο τη μετατόπιση του εμβόλου και ρυθμό 1 mm / min. Για τη μέτρηση των μετακινήσεων χρησιμοποιήθηκε ένα μηκυνσιόμετρο, καθώς και η μέθοδος της φωτογραμμετρίας. Σημειώνεται πως το μηκυνσιόμετρο χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της παραμόρφωσης ενός εξωτερικού κλώνου, ενώ η μέθοδος της φωτογραμμετρίας για τον υπολογισμό της παραμόρφωσης ενός εσωτερικού κλώνου του πλέγματος.

66 54 Πίνακας 4.1 Χαρακτηριστικά ινών. Τύπος ινών Ίνες υάλου Πυκνότητα ινών 2.6 gr / cm 3 Εφελκυστική αντοχή 2600 N / mm 2 (μέτρηση κατά την ύφανση) Μέτρο ελαστικότητας > N / mm 2 Πίνακας 4.2 Χαρακτηριστικά πλέγματος. Ακατέργαστο βάρος 280 gr / m 2 ± 5% Στημόνι (οριζόντια): 145 gr / m 2 ± 5% Υφάδι (κατακόρυφα): 135 gr / m 2 ± 5% Βάρος μετά την επιφανειακή επεξεργασία 360 gr / m 2 ± 5% (μαλακή SBR επικάλυψη) Διαστάσεις πλέγματος 18.1 mm 14.2 mm (κέντρο σε κέντρο) Μέγιστη αντοχή Στημόνι (οριζόντια): ~77 kn / m Υφάδι (κατακόρυφα): ~76 kn / m Παραμόρφωση θραύσης Στημόνι (οριζόντια): 4.10% Υφάδι (κατακόρυφα): 3.45% 1500 Textile 1 Textile 2 Textile Stress (N/mm 2 ) ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Strain (%) Σχήμα 4.1 Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων πλέγματος (μηκυνσιόμετρο τοποθετημένο σε εξωτερικό κλώνο).

67 Textile 1 Textile 2 Textile Stress (N/mm 2 ) ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Strain (%) Σχήμα 4.2 Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων πλέγματος (εφαρμογή φωτογραμμετρίας σε εσωτερικό κλώνο πλέγματος). Στα Σχ. 4.1 και 4.2 παρατίθενται τα αποτελέσματα των δοκιμών, σε όρους τάσεων παραμορφώσεων, όπως προέκυψαν με επεξεργασία των μετρήσεων του μηκυνσιομέτρου και της φωτογραμμετρίας, αντίστοιχα. Για τον υπολογισμό των τάσεων θεωρήθηκε ο λόγος του φορτίου προς την ισοδύναμη διατομή των ινών κάθετα στη διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου. Η ισοδύναμη διατομή των ινών προσδιορίστηκε σύμφωνα με τον τύπο: όπου, t f : το ισοδύναμο πάχος του πλέγματος b f : το ενεργό πλάτος του πλέγματος. A f = t f b f Το ισοδύναμο πάχος t f υπολογίστηκε ως ο λόγος του ακατέργαστου βάρους του πλέγματος παράλληλα στη διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου προς την πυκνότητα των ινών. Το ενεργό πλάτος προσδιορίστηκε ως το γινόμενο του αριθμού των κλώνων που ήταν παράλληλοι στη διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου (στην προκειμένη περίπτωση ο αριθμός τους ήταν 8) επί την αξονική τους απόσταση. Έτσι προέκυψε η ισοδύναμη διατομή των ινών ίση με 6.34 mm 2. Προέκυψε, έτσι, η εφελκυστική αντοχή του πλέγματος ίση με MPa (CoV = 5.59%). Σύμφωνα με τις μετρήσεις του μηκυνσιομέτρου, για το πλέγμα προσδιορίστηκε το

68 56 μέτρο ελαστικότητας ίσο με GPa (CoV = 3.81%) και η παραμόρφωση αστοχίας ίση με 1.68% (CoV = 1.77%). Αντίστοιχα, από την επεξεργασία των μετρήσεων της μεθόδου της φωτογραμμετρίας προέκυψε το μέτρο ελαστικότητας ίσο με GPa (CoV = 1.90%) και η παραμόρφωση αστοχίας ίση με 1.89% (CoV = 11.36%). Ως μητρικό υλικό χρησιμοποιήθηκε κονίαμα τσιμεντοειδούς βάσης της εταιρείας Sika με τεχνικά χαρακτηριστικά όπως φαίνονται στον Πίν Για την επαλήθευση των μηχανικών ιδιοτήτων του κονιάματος λήφθηκαν πρισματικά δοκίμια διαστάσεων mm και προσδιορίστηκε η εφελκυστική αντοχή από κάμψη ίση με 7.67 MPa (CoV από 12 δοκίμια: 9.38%) και η θλιπτική αντοχή ίση με MPa (CoV από 12 δοκίμια: 7.04%) μετά από 28 ημέρες, βάσει της Ευρωπαϊκής Προδιαγραφής EN (Εικ. 4.2). Πίνακας 4.3 Τεχνικά χαρακτηριστικά κονιάματος Sika MonoΤop-722 Mur. Λόγος ανάμιξης με νερό 19-21% κατά βάρος ή κιλά νερού ανά σακί 25 κιλών Κοκκομετρία Dmax: 1.4 mm Κατανάλωση ~1.50 kg / m 2 ανά mm πάχους στρώσης Πυκνότητα 1.85 ± 0.05 kg / l Χρόνος εργασιμότητας ~30 min στους +20 C Πάχος εφαρμογής ελάχιστο 5 mm, μέγιστο 15 mm ανά στρώση Θλιπτική αντοχή ~5.0 MPa μετά από 1 ημέρα ~17.0 MPa μετά από 7 ημέρες Καμπτική αντοχή ~6.0 MPa μετά από 28 ημέρες EN :2001 Μέτρο ελαστικότητας 7.6 GPa (μέση τιμή-unien 13412:2007) Διείσδυση νερού μετά από 24 ώρες ~3.0 mm EN

69 57 Εικόνα 4.2 Λήψη πρισματικών δοκιμίων και δοκιμές προσδιορισμού εφελκυστικής αντοχής από κάμψη και θλιπτικής αντοχής. Για τον προσδιορισμό της συμπεριφοράς του σύνθετου υλικού σε εφελκυσμό, κατασκευάστηκαν έξι πρισματικά δοκίμια. Αποτελούνταν από δύο στρώσεις κονιάματος, ανάμεσα στις οποίες είχε τοποθετηθεί μία λωρίδα πλέγματος. Κάθε στρώση είχε πάχος 5 mm, οπότε το ολικό πάχος των δοκιμίων ήταν 10 mm. Το πλάτος ήταν 120 mm, ίδιο με το πλάτος του ΙΑΜ στους ενισχυμένους τοιχίσκους. Η διάταξη του πλέγματος και ο αριθμός των κλώνων που ήταν παράλληλοι στη διεύθυνση επιβολής του φορτίου διατηρήθηκαν όπως στους ενισχυμένους τοιχίσκους (βλέπε υποκεφάλαιο 4.2). Το μήκος των δοκιμίων ήταν 613 mm. Μετά την κατασκευή τους, τα δοκίμια συντηρήθηκαν για 7 ημέρες και υπεβλήθησαν σε φόρτιση μετά την πάροδο χρονικού διαστήματος μεγαλύτερου των 28 ημερών. Κατά τη συντήρηση, τα δοκίμια σκεπάζονταν με βρεγμένες λινάτσες και καλύπτονταν με νάιλον. Μερικές ημέρες πριν τη διεξαγωγή της δοκιμής, σε κάθε άκρο του δοκιμίου συγκολλούνταν δύο μεταλλικές πλάκες. Οι πλάκες επέτρεψαν την τοποθέτηση του δοκιμίου στις αρπάγες της μηχανής και την ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου, ενώ το δοκίμιο είχε ελευθερία στροφής κατά τη διάρκεια του πειράματος. Σε κάθε άκρο, το μήκος της επιφάνειας επαφής των μεταλλικών πλακών με το δοκίμιο ήταν 100 mm. Σημειώνεται

70 58 πως η ρητίνη που χρησιμοποιήθηκε για τη συγκόλληση των μεταλλικών πλακών, τοποθετήθηκε και εκτός της επιφάνειας επαφής σε μορφή σφήνας (Σχ. 4.3). Σχήμα 4.3 Διαστάσεις δοκιμίου (σε mm). Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με ελεγχόμενη παράμετρο τη μετατόπιση του εμβόλου. Ο ρυθμός φόρτισης μεταβαλλόταν. Σε τρία δοκίμια εφαρμόστηκε ρυθμός ίσος με 0.2 mm / min (σύμφωνα με τις υποδείξεις του πρότυπου RILEM TC-250 CSM), ενώ στα υπόλοιπα τρία ο ρυθμός ήταν 1.8 mm / min, όμοιος με αυτόν που εφαρμόστηκε στις δοκιμές συνάφειας (0.03 mm / sec, βλέπε υποκεφάλαια 4.3 και 4.4). Για τη μέτρηση των μετακινήσεων, τοποθετήθηκε ένα βελόμετρο σε κάθε πλευρά του δοκιμίου. Το μετρούμενο μήκος ήταν περίπου 375 mm (Εικ. 4.3). Εικόνα 4.3 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης για τη δοκιμή εφελκυσμού.

71 59 Τα δοκίμια που εξετάστηκαν αναφέρονται στον Πίν Στον Πίν. 4.4 φαίνονται η αντοχή, η παραμόρφωση αστοχίας και ο τρόπος αστοχίας για κάθε δοκίμιο. Επίσης, δίνεται η τάση και η παραμόρφωση τη στιγμή που εκδηλώνεται η πρώτη ρωγμή. Στο Σχ. 4.4 παρατίθενται τα αποτελέσματα των δοκιμών, σε όρους τάσεων παραμορφώσεων. Για τον υπολογισμό των τάσεων θεωρήθηκε ο λόγος του φορτίου προς την ισοδύναμη διατομή των ινών κάθετα στη διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου. Επαναλαμβάνεται πως η ισοδύναμη διατομή των ινών υπολογίστηκε ίση με 6.34 mm 2. Σημειώνεται ότι τα πειραματικά αποτελέσματα του δοκιμίου T6 θεωρήθηκαν μη αξιοποιήσιμα και για το λόγο αυτό παραλείπονται. Η απόκριση των δοκιμίων χαρακτηρίζεται από ένα αρχικό γραμμικό κλάδο με μεγάλη κλίση. Η κλίση του διαγράμματος τάσεων παραμορφώσεων αντιπροσωπεύει το μέτρο ελαστικότητας του σύνθετου υλικού. Στη συνέχεια η κλίση του διαγράμματος μειώνεται και ξεκινάει η ανάπτυξη ρωγμών στο κονίαμα. Μόλις σταθεροποιηθεί ο αριθμός των ρωγμών, αρχίζει να αυξάνεται το άνοιγμα τους. Σε αυτή τη φάση το πλέγμα είναι κυρίως υπεύθυνο για την ανάληψη του φορτίου. Το μέτρο ελαστικότητας έχει μειωθεί σημαντικά. Νέες ρωγμές σχηματίζονται μέχρι το φορτίο να λάβει τη μέγιστη τιμή του. Τέλος, μέχρι την αστοχία του δοκιμίου παρατηρείται σημαντική αύξηση των παραμορφώσεων για περιορισμένη μεταβολή του φορτίου, ενώ ενδέχεται να αναπτυχθούν κι άλλες ρωγμές. Σε όλα τα δοκίμια η αστοχία συνέβη στη διεπιφάνεια πλέγματος μητρικού υλικού (διαστρωματική απόσχιση) στο ένα από τα δύο άκρα του δοκιμίου. Ενδέχεται ο τρόπος αστοχίας να ήταν διαφορετικός, αν στα άκρα του δοκιμίου ασκούνταν πλευρική πίεση κατά τη διάρκεια του πειράματος. Για τις δοκιμές με ρυθμό φόρτισης 1.8 mm / min, η αντοχή του ΙΑΜ σε εφελκυσμό υπολογίστηκε ίση με MPa (CoV = 7.55 %) και η παραμόρφωση αστοχίας ίση με 2.66 % (CoV = %). Για τις δοκιμές με ρυθμό φόρτισης 0.2 mm / min, οι τιμές αυτές προέκυψαν ίσες με MPa (CoV = 2.39 %) και 2.30 % (CoV = 1.84 %), αντίστοιχα. Φαίνεται πως η αύξηση (κατά 9 φορές) του ρυθμού φόρτισης προκαλεί μία μικρή αύξηση της αντοχής και της παραμόρφωσης αστοχίας του ΙΑΜ. Αναμφίβολα απαιτείται η εξέταση μεγαλύτερου αριθμού δοκιμίων για την εξαγωγή ασφαλέστερων συμπερασμάτων. Προσδιορίστηκε το αρχικό μέτρο ελαστικότητας ίσο με GPa (CoV = %) και GPa (CoV = %) για ρυθμό φόρτισης 1.8 mm / min και 0.2 mm / min, αντίστοιχα. Παρατηρείται πως η διασπορά των τιμών είναι πολύ μεγάλη. Επίσης, μεγάλη διασπορά έχουν οι τιμές της τάσης και της παραμόρφωσης τη στιγμή που εκδηλώνεται η

72 60 πρώτη ρωγμή (Πίν. 4.4). Αντιθέτως, το μέτρο ελαστικότητας μετά τη σταθεροποίηση του αριθμού των ρωγμών προέκυψε ίσο με 47.7 GPa (CoV = 6.16 %) και 44 GPa (CoV = 0.99 %) για ρυθμό φόρτισης 1.8 mm / min και 0.2 mm / min, αντίστοιχα. Συμπερασματικά, εξαιτίας του περιορισμένου αριθμού δοκιμίων, δεν μπορούν να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα όσον αφορά στην επιρροή του ρυθμού φόρτισης στην απόκριση του ΙΑΜ σε εφελκυσμό. Ενδέχεται η αντοχή και η παραμόρφωση αστοχίας να επηρεάζονται από το ρυθμό φόρτισης. Ωστόσο απαιτείται η διενέργεια περισσότερων δοκιμών για την επιβεβαίωση αυτού του ισχυρισμού.

73 Πίνακας 4.4 Δοκιμές εφελκυσμού ΙΑΜ. Δοκίμιο Σήμανση Ρυθμός φόρτισης Πρώτη ρωγμή Μέγιστη τάση Παραμόρφωση (mm / min) Τάση Παραμόρφωση (MPa) αστοχίας (%) (MPa) (%) 1 T T T T T Τρόπος αστοχίας Διαστρωματική απόσχιση στο άκρο Διαστρωματική απόσχιση στο άκρο Διαστρωματική απόσχιση στο άκρο Διαστρωματική απόσχιση στο άκρο Διαστρωματική απόσχιση στο άκρο

74 T1 T2 T3 T4 T5 Stress (MPa) ,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 Strain (%) Σχήμα 4.4 Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων δοκιμίων ΙΑΜ σε εφελκυσμό. 4.2 ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Στην ενότητα αυτή περιγράφεται η διαδικασία κατασκευής των δοκιμίων για τις δοκιμές συνάφειας: Μετά τη συντήρηση των τοιχίσκων για 7 ημέρες, αφαιρέθηκε από τους αρμούς το περίσσευμα κονιάματος, η επιφάνεια καθαρίστηκε με γυαλόχαρτο και σκουπίστηκε για να αφαιρεθεί η σκόνη. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε, με μολύβι, η επιφάνεια εφαρμογής του σύνθετου υλικού. Σημειώνεται πως η αρχή του μήκους αγκύρωσης τοποθετούνταν σε απόσταση 35 mm από το πάνω μέρος του τοιχίσκου. Στην παρούσα εργασία εξετάστηκαν μήκη αγκύρωσης: 50 mm, 100 mm, 150 mm και 200 mm. Η επιφάνεια βρεχόταν συνεχώς ώστε να περιοριστεί η απορρόφηση υγρασίας από το κονίαμα του σύνθετου υλικού. Η επίτευξη ομοιόμορφου πάχους ΙΑΜ σε όλο το μήκος, γινόταν μέσω εύκαμπτων καλουπιών, τα οποία κολλούνταν πάνω στο δοκίμιο. Συγκεκριμένα, προκειμένου να εξασφαλισθεί ότι το πλέγμα βρισκόταν στο μέσο του πάχους του μητρικού υλικού, τοποθετούνταν, πρώτα, μία σειρά από αυτά τα εύκαμπτα καλούπια, εφαρμοζόταν η κάτω στρώση κονιάματος πάχους 4 mm, τοποθετούνταν το πλέγμα, πιεζόταν με τα χέρια ώστε να βοηθηθεί η μηχανική εμπλοκή πλέγματος μητρικού

75 63 υλικού και, τέλος, με όμοιο τρόπο με την κάτω, εφαρμοζόταν και η άνω στρώση πάχους 4 mm (Εικ. 4.4). Εικόνα 4.4 Φωτογραφία του δοκιμίου πριν την εφαρμογή της δεύτερης στρώσης κονιάματος. Επισημαίνεται, ξανά, πως η εφαρμογή του πλέγματος στα δοκίμια έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε η διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου να είναι παράλληλη στους κλώνους που έχουν αξονική απόσταση 14.2 mm. Συγκεκριμένα, το πλάτος του σύνθετου υλικού ήταν 120 mm και περιελάμβανε 8 κλώνους πλέγματος. Για τα δοκίμια που επρόκειτο να υποβληθούν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, το μήκος του πλέγματος εκτός του μητρικού υλικού ήταν 260 mm, σε κάθε άκρο. Αντίθετα, για αυτά που επρόκειτο να υποβληθούν σε μονοτονική φόρτιση, το μήκος του πλέγματος εκτός του μητρικού υλικού ήταν 260 mm στο φορτιζόμενο άκρο και περίπου 80 mm στο ελεύθερο άκρο. Μετά την εφαρμογή του σύνθετου υλικού, τα ενισχυμένα δοκίμια συντηρούνταν για 7 ημέρες και υποβάλλονταν σε φόρτιση μετά την πάροδο χρονικού διαστήματος μεγαλύτερου των 28 ημερών. Κατά τη συντήρηση, τα δοκίμια σκεπάζονταν με βρεγμένες λινάτσες και καλύπτονταν με νάιλον. Μερικές ημέρες πριν τη διεξαγωγή της δοκιμής, στο ένα άκρο του πλέγματος (μονοτονικές δοκιμές) ή και στα δύο άκρα του πλέγματος (ανακυκλιζόμενες δοκιμές) συγκολλήθηκαν δύο πλάκες από ΙΟΠ, διαστάσεων 120 mm 80 mm. Οι πλάκες αυτές επέτρεψαν την ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου στο δοκίμιο (Εικ. 4.5).

76 64 Εικόνα 4.5 Φωτογραφίες των δοκιμίων για τη μονοτονική (αριστερά) και την ανακυκλιζόμενη (δεξιά) δοκιμή. 4.3 ΔΟΚΙΜΕΣ ΜΟΝΟΤΟΝΙΚΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Για τη διεξαγωγή των δοκιμών μονοτονικής φόρτισης, χρησιμοποιήθηκε μία πειραματική διάταξη τύπου «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (single lap - single wall), όπως φαίνεται στο Σχ Η διάταξη αποτελείτο από ένα χαλύβδινο πλαίσιο, αρκετά δύσκαμπτο για την αποφυγή στροφών και στρεβλώσεων, και μία άρθρωση με ενσωματωμένη αρπάγη. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε μία μηχανή δοκιμών MTS με ένα σερβοϋδραυλικό έμβολο στη βάση της. Το πλαίσιο τοποθετείτο στην κάτω αρπάγη της μηχανής, ενώ η άρθρωση στην πάνω. Η τοποθέτηση του δοκιμίου στο πλαίσιο απαιτούσε ιδιαίτερη προσοχή ώστε να διασφαλιστεί η ομοιόμορφη κατανομή του φορτίου. Το άκρο του πλέγματος, στο οποίο είχαν συγκολληθεί οι πλάκες από ΙΟΠ, τοποθετείτο στην αρπάγη που ήταν ενσωματωμένη στην άρθρωση και παρέμενε σταθερό σε όλη τη διάρκεια του πειράματος. Η εφαρμογή διατμητικού φορτίου στη διεπιφάνεια σύνθετου υλικού υποστρώματος επιτυγχανόταν με την κίνηση του εμβόλου προς τα κάτω.

77 65 Σχήμα 4.5 Σχέδιο της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές μονοτονικής φόρτισης. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με ελεγχόμενη παράμετρο τη μετατόπιση του εμβόλου και ρυθμό 0.03 mm / sec. Σημειώνεται πως ο ρυθμός αυτός είναι αρκετά μεγάλος συγκριτικά με τους συνήθεις ρυθμούς φόρτισης αντίστοιχων δοκιμών, όπως αυτοί καταγράφηκαν κατά τη βιβλιογραφική ανασκόπηση. Η επιλογή αυτή έγινε ώστε να περιοριστεί, σε ένα εύλογο χρονικό διάστημα, η διάρκεια των δοκιμών ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση του ρυθμού φόρτισης στην απόκριση των δοκιμίων, πραγματοποιήθηκαν και δύο δοκιμές με ρυθμό mm / sec. Για την καταγραφή των μετακινήσεων χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα βελόμετρα, δύο σε κάθε άκρο του σύνθετου υλικού (φορτιζόμενο και ελεύθερο). Τα βελόμετρα ήταν κολλημένα στον τοιχίσκο και μετρούσαν τη μετακίνηση μίας μεταλλικής πλάκας που ήταν κολλημένη στο δεύτερο εγκάρσιο κλώνο του πλέγματος εκτός του μήκους αγκύρωσης. Ως μετακίνηση του πλέγματος σε κάθε άκρο, θεωρήθηκε η μέση τιμή των ενδείξεων των δύο αντίστοιχων βελομέτρων (Εικ. 4.6).

78 66 Εικόνα 4.6 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές μονοτονικής φόρτισης. 4.4 ΔΟΚΙΜΕΣ ΑΝΑΚΥΚΛΙΖΟΜΕΝΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Για τη διεξαγωγή των δοκιμών ανακυκλιζόμενης φόρτισης, χρησιμοποιήθηκε μία πειραματική διάταξη τύπου «μονόπλευρου μανδύα μονού τοίχου» (single lap - single wall), όπως φαίνεται στα Σχ. 4.6 και 4.7. Η διάταξη αποτελείτο από ένα χαλύβδινο πλαίσιο, καθώς και από ένα κινητό και ένα ακίνητο (επίπεδο) χαλύβδινο πλαίσιο, τα οποία ήταν αρκετά δύσκαμπτα για την αποφυγή στροφών και στρεβλώσεων. Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε μία μηχανή δοκιμών MTS με ένα σερβοϋδραυλικό έμβολο στη βάση της. Το πλαίσιο τοποθετείτο στην κάτω αρπάγη της μηχανής, ενώ το τελάρο στην πάνω. Η τοποθέτηση του δοκιμίου στο πλαίσιο απαιτούσε ιδιαίτερη προσοχή ώστε να διασφαλιστεί η ομοιόμορφη και δίχως εκκεντρότητες κατανομή του φορτίου. Τα άκρα του πλέγματος, στα οποία είχαν συγκολληθεί οι πλάκες από ΙΟΠ, τοποθετούνταν στις αρπάγες που ήταν ενσωματωμένες στο χαλύβδινο τελάρο, ώστε να αποτραπεί η μετακίνηση τους κατά τη διάρκεια του πειράματος. Η εφαρμογή διατμητικού φορτίου στη διεπιφάνεια

79 67 σύνθετου υλικού υποστρώματος επιτυγχανόταν με την κίνηση του εμβόλου είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω (Σχ. 4.6). Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν με ελεγχόμενη παράμετρο τη μετατόπιση του εμβόλου και ρυθμό 0.03 mm / sec. Αρχικά, το έμβολο βρισκόταν στη θέση ισορροπίας. Κατά τον πρώτο κύκλο της φόρτισης, το έμβολο μετακινούταν κατά 0.5 mm προς τα πάνω (φόρτιση στο κάτω άκρο του ΙΑΜ), επέστρεφε στη θέση ισορροπίας (αποφόρτιση), μετακινούταν κατά 0.5 mm προς τα κάτω (φόρτιση στο πάνω άκρο του ΙΑΜ) και, τέλος, επέστρεφε στη θέση ισορροπίας (αποφόρτιση). Στους επόμενους κύκλους, η απόλυτη τιμή της στοχευόμενης μετακίνησης αυξανόταν με βήμα 0.5 mm. Η δοκιμή συνεχιζόταν μέχρι την ολοκλήρωση του κύκλου στον οποίο το δοκίμιο αστοχούσε. Σχήμα 4.6 Σχέδιο της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης (το έμβολο κινείται προς τα πάνω ή προς τα κάτω). Για την καταγραφή των μετακινήσεων χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα βελόμετρα, δύο σε κάθε άκρο του σύνθετου υλικού. Τα βελόμετρα ήταν κολλημένα στον τοιχίσκο και μετρούσαν τη μετακίνηση μίας μεταλλικής πλάκας που ήταν κολλημένη στο δεύτερο εγκάρσιο κλώνο του πλέγματος εκτός του μήκους αγκύρωσης. Ως μετακίνηση του

80 68 πλέγματος σε κάθε άκρο, θεωρήθηκε η μέση τιμή των ενδείξεων των δύο αντίστοιχων βελομέτρων (Εικ. 4.7). Στο σημείο αυτό κρίνεται σκόπιμο να γίνουν ορισμένες επισημάνσεις σχετικά με την πειραματική διάταξη. Κατά τη διάρκεια ενός κύκλου φόρτισης, γίνεται εναλλαγή του φορτιζόμενου άκρου του σύνθετου υλικού ανάλογα με την κίνηση του εμβόλου (Σχ. 4.6). Όταν το έμβολο, και κατά συνέπεια το υπόστρωμα, βρίσκεται πάνω από την αρχική του θέση (θέση ισορροπίας), το φορτιζόμενο άκρο είναι το κάτω μέρος του ΙΑΜ. Αντίστοιχα, όταν το έμβολο βρίσκεται κάτω από τη θέση ισορροπίας, το φορτιζόμενο άκρο είναι το πάνω μέρος του ΙΑΜ. Με την κίνηση του υποστρώματος, είτε προς τα πάνω είτε προς τα κάτω, το πλέγμα τεντώνεται στο φορτιζόμενο άκρο και χαλαρώνει στο ελεύθερο άκρο. Όμως, η χαλάρωση του πλέγματος ενδέχεται να προκαλέσει στροφή της μεταλλικής πλάκας που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των μετακινήσεων. Σε αυτή την περίπτωση, οι μετρήσεις δεν μπορούν να θεωρηθούν αξιόπιστες. Αντίστοιχα, κατά την αποφόρτιση ενδέχεται να υπάρξει χαλάρωση και καμπύλωση του πλέγματος ακόμα και στο φορτιζόμενο άκρο. Για τους λόγους αυτούς, αγνοήθηκαν όλες οι μετρήσεις της μετακίνησης του πλέγματος στο εκάστοτε ελεύθερο άκρο. Επίσης, αγνοήθηκαν οι μετρήσεις της μετακίνησης του πλέγματος στο εκάστοτε φορτιζόμενο άκρο κατά την αποφόρτιση.

81 Εικόνα 4.7 Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης για τις δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης. 69

82 70 5. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Όπως προαναφέρθηκε, στην παρούσα εργασία, δοκίμια τοιχοποιίας ενισχυμένα με ΙΑΜ υπεβλήθησαν σε δοκιμές συνάφειας, υπό μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Κατασκευάστηκαν δοκίμια με μήκη αγκύρωσης: 50 mm, 100 mm, 150 mm και 200 mm. Για κάθε περίπτωση, κατασκευάστηκαν δύο δοκίμια. Σημειώνεται πως τέσσερα δοκίμια με μήκος αγκύρωσης 200 mm υπεβλήθησαν σε μονοτονική δοκιμή, δύο με ρυθμό 0.03 mm / sec και δύο με ρυθμό mm / sec. Η σήμανση των δοκιμίων ήταν BL_TL_SN, όπου: BL (Bond Length) δηλώνει την τιμή του μήκους αγκύρωσης (σε mm) TL (Type of Loading) δηλώνει τo είδος της φόρτισης: M (Monotonic) ή C (Cyclic) για μονοτονική και ανακυκλιζόμενη φόρτιση, αντίστοιχα SN (Serial Number) δηλώνει τον αύξοντα αριθμό του δοκιμίου. Τα δοκίμια που εξετάστηκαν παρουσιάζονται στον Πίν Στον Πίν. 5.1 φαίνονται, επίσης, το μέγιστο φορτίο και ο τρόπος αστοχίας για κάθε δοκίμιο (βλέπε υποκεφάλαιο 5.1). Επισημαίνεται ότι τα πειραματικά αποτελέσματα του δοκιμίου 50_C_2 θεωρήθηκαν μη αξιοποιήσιμα και για το λόγο αυτό δεν αναφέρονται.

83 Δοκίμιο Σήμανση Μήκος αγκύρωσης (mm) Πίνακας 5.1 Πειραματικό πρόγραμμα. Αριθμός αρμών τοιχοποιίας στο μήκος αγκύρωσης Είδος φόρτισης Ρυθμός φόρτισης (mm/sec) Μέγιστο φορτίο (kn) Μέση τιμή μέγιστου φορτίου (kn) Τρόπος αστοχίας 1 200_M_ ,32 SP 0,03 5, _M_ ,53 SP_D 3 Μονοτονική 3 200_M_ ,96 SP 0,005 5, _M_ ,00 SP_PD 1 200_C_ ,10 SP_PD 3 Ανακυκλιζόμενη 0,03 5, _C_ ,13 SP 1 150_M_ ,29 SP*_D 2 Μονοτονική 0,03 5, _M_ ,94 D 1 150_C_ ,45 SP_PD 2 Ανακυκλιζόμενη 0,03 4, _C_ ,70 SP_D 1 100_M_ ,15 SP*_PD 2 Μονοτονική 0,03 3, _M_ ,66 SP_PD 1 100_C_ ,07 D 2 Ανακυκλιζόμενη 0,03 3, _C_ ,41 D 1 50_M_1 50 1,90 D 1 Μονοτονική 0,03 2, _M_2 50 2,20 SP_PD 1 50_C_ Ανακυκλιζόμενη 0,03 1,93 1,93 D

84 ΜΟΡΦΕΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται οι μορφές αστοχίας που παρατηρήθηκαν στα δοκίμια που εξετάστηκαν: D (Debonding): Αποκόλληση στη διεπιφάνεια σύνθετου υλικού υποστρώματος. Μαζί με το ΙΑΜ αποκολλάται και μικρή ποσότητα από το κονίαμα των αρμών της τοιχοποιίας. Καμία ρωγμή δεν αναπτύσσεται στο κονίαμα του σύνθετου υλικού (Εικ. 5.1 (α)). Αυτή η απότομη μορφή αστοχίας παρατηρήθηκε κυρίως στα δοκίμια με μικρό μήκος αγκύρωσης. SP_D (Spalling and Debonding): Παρατηρείται θρυμματισμός της άνω στρώσης του κονιάματος του σύνθετου υλικού εξαιτίας της ολίσθησης του πλέγματος. Η αστοχία συμβαίνει με την ολική αποκόλληση του ΙΑΜ, συμπαρασύροντας και μικρή ποσότητα από το κονίαμα των αρμών της τοιχοποιίας (Εικ. 5.1 (β)). Στο δοκίμιο 150_M_1 παρατηρήθηκε σημαντική ολίσθηση του πλέγματος για σταθερή τιμή του φορτίου. Για το λόγο αυτό, στον Πίν. 5.1 ο τρόπος αστοχίας συμβολίζεται με SP*_D. SP_PD (Spalling and Partial Debonding): Παρατηρείται θρυμματισμός της άνω στρώσης του κονιάματος του σύνθετου υλικού εξαιτίας της ολίσθησης του πλέγματος. Η αστοχία συμβαίνει με τη μερική αποκόλληση του ΙΑΜ. Φαίνεται πως οι αρμοί της τοιχοποιίας λειτουργούν ευεργετικά για τη συνάφεια, παρεμποδίζοντας την ολική αποκόλληση (Εικ. 5.1 (γ)). Στο δοκίμιο 100_M_1 παρατηρήθηκε σημαντική ολίσθηση του πλέγματος για σταθερή τιμή του φορτίου. Για το λόγο αυτό, στον Πίν. 5.1 ο τρόπος αστοχίας συμβολίζεται με SP*_PD. SP (Spalling): Παρατηρείται θρυμματισμός της άνω στρώσης του κονιάματος του σύνθετου υλικού εξαιτίας της ολίσθησης του πλέγματος. Η αστοχία συμβαίνει όταν αυξηθεί σημαντικά η τιμή της ολίσθησης του πλέγματος (Εικ. 5.1 (δ)). Αυτή η μορφή αστοχίας συνοδεύτηκε με τη θραύση ενός ή δύο κλώνων του πλέγματος στα δοκίμια 200_C_2 και 200_M_1, αντίστοιχα. Στο δοκίμιο 200_M_3 o θρυμματισμός της άνω στρώσης του κονιάματος του σύνθετου υλικού συνέβη μόνο στο φορτιζόμενο άκρο και ήταν αρκετά περιορισμένος (Εικ. 5.1 (ε)). Επισημαίνεται πως σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρήθηκε ολίσθηση του πλέγματος μέσα στο μητρικό υλικό.

85 Εικόνα 5.1 Μορφές αστοχίας: (α) D, (β) SP_D, (γ) SP_PD, (δ) και (ε) SP. 73

86 ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΑΝΑΚΥΚΛΗΣΗΣ ΤΗΣ ΦΟΡΤΙΣΗΣ Τα αποτελέσματα των δοκιμών συνοψίζονται στα παρακάτω γραφήματα. Στο Σχ. 5.1 (α) παρουσιάζεται η μεταβολή του μέγιστου φορτίου συναρτήσει του μήκους αγκύρωσης. Για τη δημιουργία του γραφήματος χρησιμοποιήθηκαν τα αποτελέσματα των δοκιμών μονοτονικής και ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Σημειώνεται πως συμπεριλήφθηκαν, επίσης, τα δοκίμια 200_M_3 και 200_M_4, τα οποία εξετάστηκαν με ρυθμό mm / sec, καθώς η μεταβολή του ρυθμού φόρτισης φάνηκε να μην επηρεάζει την απόκριση των δοκιμίων (βλέπε υποκεφάλαιο 5.3). Για τη δημιουργία του γραφήματος στο Σχ. 5.1 (β) υπολογίστηκε και χρησιμοποιήθηκε η μέση τιμή των μέγιστων φορτίων των δοκιμίων με ίδιο μήκος αγκύρωσης. Η τιμή του μέγιστου φορτίου αυξάνεται για τα δοκίμια με μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης. Αυτή η παρατήρηση ισχύει τόσο για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε μονοτονική φόρτιση όσο και για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Επομένως, δεν είναι δυνατός ο προσδιορισμός του βέλτιστου μήκους αγκύρωσης, δηλαδή του μήκους εκείνου πέραν του οποίου η τιμή του μέγιστου φορτίου σταθεροποιείται. Για το σκοπό αυτό απαιτείται η κατασκευή δοκιμίων με μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης. Όσον αφορά στην επιρροή της ανακύκλησης της φόρτισης, παρατηρείται μείωση του μέγιστου φορτίου στα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση συγκριτικά με αυτά που υπεβλήθησαν σε μονοτονική φόρτιση. Μάλιστα, στα δοκίμια με μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης παρατηρείται μεγαλύτερη ποσοστιαία μείωση. Βέβαια, για την εξαγωγή ασφαλέστερων συμπερασμάτων θεωρείται απαραίτητη η διερεύνηση μεγαλύτερου αριθμού δοκιμίων.

87 75 7 Monotonic Cyclic 6 5 Max Load (kn) Bond Length (mm) (α) 7 Monotonic Cyclic 6 Mean Value of Max Load (kn) Bond Length (mm) (β) Σχήμα 5.1 Διαγράμματα μέγιστου φορτίου μήκους αγκύρωσης: (α) διακριτές τιμές και (β) μέσες τιμές. Αντίστοιχα, στο Σχ. 5.2 παρουσιάζεται η μεταβολή της μέγιστης σχετικής μετακίνησης του πλέγματος συναρτήσει του μήκους αγκύρωσης για τις δοκιμές μονοτονικής και ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Ως σχετική μετακίνηση του πλέγματος ορίζεται η μετακίνησή του σε σχέση με το υπόστρωμα. Επισημαίνεται πως για τις

88 76 δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης η μέγιστη σχετική μετακίνηση ενδέχεται να διαφέρει από τη σχετική μετακίνηση τη στιγμή της αστοχίας. Δηλαδή, ενδέχεται να έχει καταγραφεί μεγαλύτερη μετακίνηση στο αντίθετο άκρο από αυτό που συμβαίνει η αστοχία. Παρατηρείται ότι η διασπορά των τιμών για τις δοκιμές μονοτονικής φόρτισης είναι αρκετά μεγάλη ώστε να μπορέσει να εξαχθεί κάποιο ασφαλές συμπέρασμα. Αντίθετα, για τις δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης η τιμή της μέγιστης σχετικής μετακίνησης φαίνεται να αυξάνεται ομαλά για τα δοκίμια με μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης. Στο σημείο αυτό επιβάλλεται να σημειωθεί πως η τιμή της μέγιστης σχετικής μετακίνησης εξαρτάται άμεσα από τον τρόπο αστοχίας του δοκιμίου και το αντίστροφο. Η ανάπτυξη ρωγμών στο κονίαμα του σύνθετου υλικού αποτελεί ένδειξη (αλλά και επακόλουθο) αυξημένων μετατοπίσεων. Επαναλαμβάνεται πως για την εξαγωγή ασφαλέστερων συμπερασμάτων απαιτείται η εξέταση μεγαλύτερου αριθμού δοκιμίων και δοκιμίων με μεγαλύτερο μήκος αγκύρωσης. Ιδιαίτερα τα δοκίμια με μήκος αγκύρωσης 100 mm, τα οποία υπεβλήθησαν σε μονοτονική φόρτιση, παρουσιάζουν απροσδόκητα μεγάλες τιμές σχετικής μετακίνησης πλέγματος. Και στα δύο αυτά δοκίμια παρατηρήθηκε η ίδια μορφή αστοχίας: έντονος θρυμματισμός της άνω στρώσης του κονιάματος και μερική αποκόλληση του ΙΑΜ (Εικ.5.2 (α)). Ο θρυμματισμός προκαλείται εξαιτίας της ολίσθησης του πλέγματος. Σε αυτά τα δοκίμια και τα δύο άκρα του μήκους αγκύρωσης βρίσκονται πάνω σε αρμούς της τοιχοποιίας, οι οποίοι, όπως προαναφέρθηκε, φαίνεται να λειτουργούν ευεργετικά για τη συνάφεια. Επομένως, οι μεγάλες τιμές σχετικής μετακίνησης πλέγματος ίσως οφείλονται στη διάταξη του υλικού ενίσχυσης σε σχέση με το υπόστρωμα. Αντικείμενο μίας νέας εργασίας θα μπορούσε να είναι η μελέτη της επιρροής αυτής της παραμέτρου στη συνάφεια μεταξύ ΙΑΜ και υποστρώματος από τοιχοποιία. Η αστοχία και των δύο δοκιμίων με μήκος αγκύρωσης 100 mm, τα οποία υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, επήλθε με την αποκόλληση του σύνθετου υλικού από το υπόστρωμα, χωρίς την ανάπτυξη ρωγμών στο κονίαμα (Εικ. 5.2 (β)). Αυτή αποτελεί την πλέον απότομη μορφή αστοχίας. Επομένως, φαίνεται πως η ανακύκληση της φόρτισης ενδέχεται να επηρεάσει αρνητικά και τη μορφή αστοχίας των δοκιμίων (Εικ. 5.2).

89 77 6 Monotonic Cyclic 5 Max Displacement (mm) Bond Length (mm) Σχήμα 5.2 Διάγραμμα μέγιστης σχετικής μετακίνησης πλέγματος μήκους αγκύρωσης. (α) (β) Εικόνα 5.2 Μεταβολή του τρόπου αστοχίας στα δοκίμια με μήκος αγκύρωσης 100 mm: (α) μονοτονική και (β) ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης, η απόκριση, σε όρους φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος στο εκάστοτε φορτιζόμενο άκρο, παρουσιάζεται στα διαγράμματα των Σχ. 5.3 και 5.4. Υπενθυμίζεται ότι όταν το έμβολο, και κατά συνέπεια το υπόστρωμα, βρίσκεται πάνω από την αρχική του θέση (θέση ισορροπίας), το φορτιζόμενο άκρο είναι το κάτω

90 78 μέρος του ΙΑΜ (1 ο τεταρτημόριο). Αντίστοιχα, όταν το έμβολο βρίσκεται κάτω από τη θέση ισορροπίας, το φορτιζόμενο άκρο είναι το πάνω μέρος του ΙΑΜ (3 ο τεταρτημόριο). Στα διαγράμματα αυτά παρουσιάζεται, επίσης, η απόκριση των δοκιμίων με το ίδιο μήκος αγκύρωσης, που υπεβλήθησαν σε δοκιμές μονοτονικής φόρτισης. Σημειώνεται πως οι καμπύλες απόκρισης των μονοτονικών δοκιμών έχουν σχεδιαστεί στο τεταρτημόριο που συμβαίνει η αστοχία του δοκιμίου που υπεβλήθη σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Επίσης, στο τεταρτημόριο αυτό έχει σχεδιαστεί και η περιβάλλουσα της απόκρισης του δοκιμίου. Παρατηρείται πως για αρκετά δοκίμια η σχετική μετακίνηση του πλέγματος διαφέρει μεταξύ των δύο άκρων του σύνθετου υλικού. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, η σχετική μετακίνηση στο κάτω μέρος του ΙΑΜ (1 ο τεταρτημόριο) είναι μεγαλύτερη σε σχέση με αυτή στο πάνω μέρος (3 ο τεταρτημόριο), για την ίδια τιμή της μετακίνησης του εμβόλου. Για την εξήγηση αυτού του φαινομένου θεωρείται σκόπιμη η κατανόηση της συμπεριφοράς του δοκιμίου κατά τη διάρκεια ενός κύκλου φόρτισης. Αρχικά, το έμβολο βρίσκεται στη θέση ισορροπίας. Με την έναρξη του κύκλου φόρτισης, το έμβολο, και κατά συνέπεια ο τοιχίσκος, μετακινείται προς τα πάνω (φόρτιση). Ως αποτέλεσμα προκαλείται σχετική μετακίνηση του πλέγματος στο κάτω μέρος του ΙΑΜ (φορτιζόμενο άκρο). Αν η μετακίνηση του εμβόλου είναι μεγάλη, ενδέχεται να προκληθεί σχετική μετακίνηση του πλέγματος και στο πάνω μέρος του ΙΑΜ (ελεύθερο άκρο). Δηλαδή, το πλέγμα να μπει μέσα στο κονίαμα. Αυτό είναι δυνατό να συμβεί, καθώς, όπως προαναφέρθηκε, στην παρούσα εργασία έγινε χρήση πλέγματος με επικάλυψη. Στη συνέχεια, ο τοιχίσκος επιστρέφει στην αρχική του θέση (αποφόρτιση). Κατά την αποφόρτιση ενδέχεται να μην μηδενιστούν οι σχετικές μετακινήσεις του πλέγματος στα δύο άκρα (παραμένουσες μετατοπίσεις). Κατά συνέπεια, όταν το έμβολο μετακινείται προς τα κάτω (φόρτιση), αρχικά μηδενίζεται η παραμένουσα μετατόπιση του πλέγματος στο πάνω άκρο και στη συνέχεια ξεκινάει η καταγραφή της νέας σχετικής μετακίνησής του. Έτσι εξηγείται η διαφοροποίηση στις σχετικές μετακινήσεις του πλέγματος στα δύο άκρα του σύνθετου υλικού. Ως επακόλουθο παρατηρείται, επίσης, μία μικρότερου ποσοστιαίου μεγέθους απόκλιση στις τιμές του φορτίου στα δύο άκρα. Το ζήτημα αυτό θα μπορούσε, ίσως, να επιλυθεί θεωρώντας ως παράμετρο ελέγχου των δοκιμών τη σχετική μετακίνηση του πλέγματος και όχι του εμβόλου, όπως έγινε στην εργασία των Carloni et al. (2016) για δοκιμές μονοτονικής φόρτισης.

91 79 Για την κατανόηση της συμπεριφοράς των δοκιμίων που υπεβλήθησαν σε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης, στο Σχ. 5.5 παρουσιάζεται η απόκριση των δοκιμίων 150_C_1 και 150_C_2 κατά τον 4 ο κύκλο (μετατόπιση εμβόλου ±2.0 mm) και 10 ο κύκλο φόρτισης (μετατόπιση εμβόλου ±5.0 mm). Η απόκριση δίνεται σε όρους φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος στο εκάστοτε φορτιζόμενο άκρο. Για το δοκίμιο 150_C_1 παρατηρείται μεγάλη διαφοροποίηση στις τιμές των σχετικών μετακινήσεων στα δύο άκρα του σύνθετου υλικού. Αντιθέτως, αυτό δεν ισχύει για το δοκίμιο 150_C_2. Σημειώνεται ότι τα σημεία που διακρίνονται στο Σχ. 5.5 δηλώνουν τη θέση του εμβόλου, ως εξής: Ο, Ο και Ο : το έμβολο βρίσκεται στην αρχική του θέση (θέση ισορροπίας) Α: το έμβολο βρίσκεται 5.0 mm πάνω από την αρχική του θέση Β: το έμβολο βρίσκεται 5.0 mm κάτω από την αρχική του θέση. Επισημαίνεται πως στα σημεία Ο, Ο και Ο γίνεται η εναλλαγή των φορτιζόμενων άκρων. Παρατηρείται ότι στους πρώτους κύκλους φόρτισης (μικρές μετατοπίσεις εμβόλου), η διαφοροποίηση στις τιμές των σχετικών μετακινήσεων πλέγματος στα δύο άκρα του σύνθετου υλικού είναι πολύ μικρή, ακόμα και για το δοκίμιο 150_C_1 (μαύρη καμπύλη). Με την αύξηση του αριθμού των κύκλων φόρτισης αυτή η διαφοροποίηση μεγαλώνει για το δοκίμιο 150_C_1, ενώ παραμένει πολύ μικρή για το δοκίμιο 150_C_2. Προς επίρρωση των προαναφερθέντων, για το δοκίμιο 150_C_1 παρατηρούνται σημαντικές σχετικές μετακινήσεις όταν το έμβολο βρίσκεται στην αρχική του θέση (σημεία Ο, Ο και Ο ). Αντίθετα, για το δοκίμιο 150_C_2 οι αντίστοιχες τιμές είναι περίπου μηδενικές. Επαναλαμβάνεται πως δεν ήταν δυνατή η καταγραφή των μετακινήσεων κατά τη φάση της αποφόρτισης. Επιπλέον, τα βελόμετρα είχαν τοποθετηθεί με τέτοιο τρόπο ώστε να καταγράφουν τη σχετική μετακίνηση του πλέγματος μόνο όταν αυτό εξολκεύεται από το μητρικό υλικό. Δηλαδή, όταν το κάτω μέρος του σύνθετου υλικού ήταν το φορτιζόμενο άκρο, οι καταγραφές των αντίστοιχων βελομέτρων θεωρούνταν αξιόπιστες μεταξύ των σημείων Ο και Α, με την προϋπόθεση ότι στο σημείο Ο οι καταγραφές τους ήταν θετικές. Σε αντίθετη περίπτωση, οι καταγραφές τους θεωρούνταν αξιόπιστες από τη στιγμή που αποκτούσαν θετικό πρόσημο. Αντίστοιχα, όταν το πάνω μέρος του σύνθετου υλικού ήταν το φορτιζόμενο άκρο, οι καταγραφές των αντίστοιχων βελομέτρων θεωρούνταν αξιόπιστες μεταξύ των

92 80 σημείων Ο και Β, με την προϋπόθεση ότι στο σημείο Ο οι καταγραφές τους ήταν αρνητικές. Σε αντίθετη περίπτωση, οι καταγραφές τους θεωρούνταν αξιόπιστες από τη στιγμή που αποκτούσαν αρνητικό πρόσημο. Επομένως, στο Σχ. 5.5 μόνο τα τμήματα που έχουν σχεδιαστεί με παχιά γραμμή προέκυψαν από τις καταγραφές των βελομέτρων. Τα τμήματα που έχουν σχεδιαστεί με λεπτή γραμμή προέκυψαν με υπόθεση γραμμικής μεταβολής των μετακινήσεων. Τέλος, επισημαίνεται πως στην πραγματικότητα η καμπύλη παρουσιάζει ασυνέχεια στα σημεία Ο, Ο και Ο, εξαιτίας της εναλλαγής των φορτιζόμενων άκρων. Όμως ο ακριβής προσδιορισμός της είναι αδύνατος λόγω έλλειψης δεδομένων. Με την αύξηση του αριθμού των κύκλων φόρτισης, παρατηρείται μία ακόμα ιδιαιτερότητα της απόκρισης των δοκιμίων. Συγκεκριμένα, για το δοκίμιο 150_C_2 (Σχ. 5.5 (β)) διαπιστώνεται ότι κατά την αποφόρτιση, το φορτίο αρχίζει να αυξάνεται (κατά απόλυτη τιμή), λίγο πριν το έμβολο επιστρέψει στην αρχική του θέση. Όταν το έμβολο βρίσκεται περίπου στην αρχική του θέση, το φορτίο λαμβάνει μία τοπική μέγιστη τιμή και στη συνέχεια αρχίζει να μειώνεται. Η μείωση αύτη διαρκεί όσο το έμβολο βρίσκεται σχετικά κοντά στην αρχική του θέση. Στη συνέχεια το φορτίο αυξάνεται καθώς το έμβολο απομακρύνεται από την αρχική του θέση. Εικάζεται ότι στο διάστημα αυτό οι διαμήκεις κλώνοι του πλέγματος ολισθαίνουν μέσα στο μητρικό υλικό. Η τοπική αύξηση του φορτίου οφείλεται στην τριβή τους με το περιβάλλον κονίαμα και κυρίως με τους εγκάρσιους κλώνους του πλέγματος. Στην Εικ. 5.3 διακρίνεται η ολίσθηση των διαμήκων κλώνων σε σχέση με τους εγκάρσιους. Όταν οι διαμήκεις κλώνοι επιστρέψουν στην αρχική τους θέση, η αντίσταση από τους εγκάρσιους μειώνεται. Έτσι εξηγείται και η μείωση του φορτίου. Στη συνέχεια, η αντίσταση αυξάνεται, και πάλι, όσο αυτοί απομακρύνονται από την αρχική τους θέση. Παρόμοια συμπεριφορά χαρακτηρίζει και το δοκίμιο 150_C_1 (Σχ. 5.5 (α)). Όπως προαναφέρθηκε για το δοκίμιο αυτό παρατηρείται διαφοροποίηση των σχετικών μετακινήσεων του πλέγματος στα δύο άκρα του σύνθετου υλικού εξαιτίας της συνολικής μετατόπισης του πλέγματος σε σχέση με το μητρικό υλικό. Ως επακόλουθο, το διάστημα που παρατηρείται η μεταβολή στο φορτίο, όπως αυτή περιγράφεται στην προηγούμενη παράγραφο, έχει μετατοπιστεί, επίσης. Οι παρατηρήσεις αυτές ισχύουν για όλα τα μήκη αγκύρωσης.

93 _C_1 (SP_PD) Envelope 200_M_1 (SP) 200_M_2 (SP_D) 200_M_3 (SP) 200_M_4 (SP_PD) _C_2 (SP) Envelope 200_M_1 (SP) 200_M_2 (SP_D) 200_M_3 (SP) 200_M_4 (SP_PD) 2 2 Load (kn) 0-2 Load (kn) Displacement (mm) Displacement (mm) 6 150_C_1 (SP_PD) Envelope 150_M_1 (SP*_D) 150_M_2 (D) 6 150_C_2 (SP_D) Envelope 150_M_1 (SP*_D) 150_M_2 (D) Load (kn) 0-2 Load (kn) Displacement (mm) Displacement (mm) Σχήμα 5.3 Διαγράμματα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης.

94 6 100_C_1 (D) Envelope 100_M_1 (SP*_PD) 100_M_2 (SP_PD) 6 100_C_2 (D) Envelope 100_M_1 (SP*_PD) 100_M_2 (SP_PD) Load (kn) 0-2 Load (kn) Displacement (mm) _C_1 (D) Envelope 50_M_1 (D) 50_M_2 (SP_PD) Displacement (mm) 4 2 Load (kn) Displacement (mm) Σχήμα 5.4 Διαγράμματα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης.

95 _C_1 4th Cycle 10th Cycle 4 A Load (kn) O'' O O' -3-4 B Displacement (mm) (α) 5 150_C_2 4th Cycle 10th Cycle 4 3 A Load (kn) O'' O O' -3-4 B Displacement (mm) (β) Σχήμα 5.5 Διάγραμμα φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος κατά τον 4 ο και 10 ο κύκλο φόρτισης: (α) 150_C_1 και (β) 150_C_2.

96 84 Εικόνα 5.3 Ολίσθηση των διαμήκων κλώνων του πλέγματος σε σχέση με τους εγκάρσιους. Για όλα τα δοκίμια με το ίδιο μήκος αγκύρωσης, η απόκριση, σε όρους φορτίου σχετικής μετακίνησης πλέγματος, παρουσιάζεται στα διαγράμματα των Σχ. 5.6 και 5.7. Σημειώνεται πως για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε δοκιμές ανακυκλιζόμενης φόρτισης έχει σχεδιαστεί η περιβάλλουσα της απόκρισής τους στο τεταρτημόριο που συμβαίνει η αστοχία. Στο υπόμνημα κάθε διαγράμματος αναφέρονται και οι μορφές αστοχίας των δοκιμίων. Στο σημείο αυτό πρέπει να επισημανθεί ότι οι καταγραφές των βελομέτρων κατά τους πρώτους κύκλους των δοκιμών ανακυκλιζόμενης φόρτισης δεν ήταν ξεκάθαρες, ίσως εξαιτίας του μικρού μεγέθους των σχετικών μετακινήσεων του πλέγματος. Για το λόγο αυτό, έγινε η υπόθεση πως η αρχική κλίση της καμπύλης απόκρισης των δοκιμίων που υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση είναι παρόμοια με αυτή της καμπύλης απόκρισης των δοκιμίων που υπεβλήθησαν σε μονοτονική φόρτιση. Εξαίρεση αποτελεί το δοκίμιο 50_C_1, για το οποίο ο προσδιορισμός της καμπύλης απόκρισης έγινε, αποκλειστικά, με χρήση των καταγραφών των βελομέτρων. Παρατηρώντας το κάτω διάγραμμα του Σχ. 5.7 διαπιστώνεται πως η υπόθεση που αναφέρθηκε προηγουμένως ίσως δεν απέχει πολύ από την πραγματικότητα. Διαπιστώνεται ότι για τα δοκίμια που υπεβλήθησαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, η μείωση της κλίσης της καμπύλης απόκρισης συμβαίνει για μικρότερες τιμές της σχετικής μετακίνησης του πλέγματος, σε σχέση με αυτά που υπεβλήθησαν σε μονοτονική φόρτιση. Όπως προαναφέρθηκε, παρατηρείται μείωση του φορτίου