Ματίνα ΑΞΙΩΤΙΔΟΥ 1, Βασιλική ΔΕΛΗΖΗΣΗ 2, Ιωάννης ΔΟΥΔΟΥΜΗΣ 3, Xρήστος ΙΓΝΑΤΑΚΗΣ 4

Transcript

1 3 o Πανελλήνιο Συνέδριο Αντισεισμικής Μηχανικής & Τεχνικής Σεισμολογίας 5 7 Νοεμβρίου, 2008 Άρθρο 1949 Πύργος Τριγωνίου στα τείχη της Θεσσαλονίκης. Αρχικές διαπιστώσεις ελέγχου στατικής επάρκειας και απoτίμηση προτεινόμενων μέτρων ενίσχυσης. Trigonio Tower in the city walls of Thessaloniki. Preliminary estimation of bearing capacity and evaluation of strengthening proposals. Ματίνα ΑΞΙΩΤΙΔΟΥ 1, Βασιλική ΔΕΛΗΖΗΣΗ 2, Ιωάννης ΔΟΥΔΟΥΜΗΣ 3, Xρήστος ΙΓΝΑΤΑΚΗΣ 4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Ο Πύργος του Τριγωνίου στην Άνω Πόλη της Θεσσαλονίκης είναι ένα μνημείο από φέρουσα τοιχοποιία που κτίστηκε τον 15 ο αιώνα μ.χ. για οχυρωματικούς λόγους. Σήμερα παρουσιάζει σημαντικές βλάβες στον φέροντα οργανισμό του, που περιλαμβάνουν έντονες ρηγματώσεις, προσβολή από την υγρασία και αποσάθρωση κονιαμάτων, πλίνθων και λίθων. Στην εργασία αυτή παρουσιάζονται οι αρχικές διαπιστώσεις ελέγχου αντοχής του πύργου, χρησιμοποιώντας λεπτομερές προσομοίωμα από χωρικά πεπερασμένα στοιχεία με παραδοχές γραμμικής ελαστικότητας. Από την στατική και δυναμική φασματική ανάλυση της υ- φιστάμενης κατάστασης διαπιστώθηκε η ανάγκη ενίσχυσής του μνημείου, η οποία προτείνεται να πραγματοποιηθεί τόσο με παθητικά μέτρα, (πλήρωση των ρωγμών με ένεμα, αρμολογήματα, τοπικές αναδομήσεις) όσο και με ενεργητικά μέτρα ενίσχυσης, που περιλαμβάνουν περίσφιξη με χαλύβδινους προεντεταμένους δακτυλίους στο εξωτερικό και τοποθέτηση ελκυστήρων στο εσωτερικό. Η εκ νέου ανάλυση του ενισχυμένου φορέα έδειξε ότι οι προτεινόμενες επεμβάσεις είναι προς τη σωστή κατεύθυνση αλλά ο ρεαλιστικός σχεδιασμός της περίσφιξης απαιτεί ελαστοπλαστική θεώρηση της τοιχοποιίας. ABSTRACT : The Trigonio Tower, located in the old town of Thessaloniki, is a masonry monument that was built in 15 th century for fortification reasons. Today it shows some major damage in its load bearing system, including intense cracking, moisture damage and disintegration of mortar, bricks and stones. In the present paper a preliminary evaluation of the tower s bearing capacity was performed by using a refined structural model with 3D solid finite elements and linearly elastic material laws. From the static and dynamic responsespectrum analysis of the tower s current state, the need for strengthening interventions became obvious. This can be accomplished by either passive interventions (filling of cracks, mortar joint repairing, local reconstruction) and active interventions including set of external prestressed steel rings and tension bars in the internal chambers. Re-analysis of the strengthened tower showed that the proposed interventions improve its mechanical behaviour. However for the realistic design of prestression the elastoplastic behavior of masonry must be taken into account. 1 Πολιτικός Μηχανικός, m.axiotidou@yahoo.com 2 Πολιτικός Μηχανικός, vdelizisi@gmail.com 3 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, doud@civil.auth.gr 4 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, ignatak@civil.auth.gr

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρούσα εισήγηση αποτελεί τμήμα εργασίας που εκπονήθηκε στα πλαίσια του Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών του Α.Π.Θ. «Προστασία, Συντήρηση και Αποκατάσταση Αρχιτεκτονικών Μνημείων». Στόχοι της εργασίας ήταν μια πρώτη προσέγγιση της φέρουσας ι- κανότητας του μνημείου με θεώρηση ελαστικών καταστατικών νόμων υλικού και η αρχική αποτίμηση της αποτελεσματικότητας προτάσεων ενίσχυσης και περιορισμού των ρηγματώσεων... Ο Πύργος Τριγωνίου βρίσκεται στη ΒΑ γωνία των τειχών της Θεσσαλονίκης σε αντιστοιχία με τον Λευκό στη ΝΑ γωνία. Πρόκειται για πύργο του πυροβολικού της τουρκικής περιόδου. Κατά τον 20 ο αι. χρησιμοποιήθηκε από το Γ Σώμα Στρατού. Ως μνημείο της πολιτιστικής μας κληρονομιάς χαρακτηρίστηκε το 1962 κατά τη συνολική κήρυξη των τειχών της Θεσσαλονίκης. Η σημερινή ονομασία του πύργου προέκυψε από το χρονικό του Ιωάννη Αναγνώστου για την Άλωση της Θεσσαλονίκης το Όπως αναφέρεται, οι Τούρκοι εισέβαλαν στην πόλη από το Τριγώνιο και συγκεκριμένα από έναν αφύλακτο πύργο (Τσάρας, 1958). Δεν έχει όμως καθοριστεί αν Τριγώνιο αποκαλούνταν ο συγκεκριμένος χώρος των τειχών ή ο πύργος που υπήρχε εκεί. Σχήμα 1. Απόψεις του πύργου Τριγωνίου. Ομοίως δεν έχει προσδιοριστεί με ακρίβεια η περίοδος κατασκευής του μνημείου (β μισό του 15 ου ή αρχές του 16 ου αιώνα) και ο χρονικός συσχετισμός του με τον Λευκό Πύργο, καθώς δε βρέθηκε κτητορική επιγραφή. Η μορφολογία, οι αντιστοιχίες με άλλα τουρκικά οχυρωματικά έργα και τα ιστορικά δεδομένα υποδεικνύουν ως πιο πιθανή περίοδο κατασκευής το β μισό του 15 ου αι. Στο εσωτερικό του πύργου υπάρχουν ενδείξεις μετατροπών, με πιθανό στόχο τον εκσυγχρονισμό σύμφωνα με τα νέα πυροβόλα, και χρονολογούνται μετά τις αρχές του 16 ου αι., ίσως επί Σουλεϋμάν του Μεγαλοπρεπή (Στεφάνου, 1988). 2

3 Ο πύργος αποτελεί ένα κατά προσέγγιση κυλινδρικό σώμα με διάμετρο που ελαττώνεται όσο αυξάνεται το ύψος του. Συγκεκριμένα η διάμετρός του κυμαίνεται από 24,85μ. στη βάση του μέχρι 23,45μ. στη στάθμη του δώματος. Η κλίση της εξωτερικής επιφάνειας, λόγω της ελάττωσης της διαμέτρου του, είναι πιο έντονη μέχρι το ύψος που αντιστοιχεί στη στάθμη εισόδου του ενώ ψηλότερα γίνεται πιο ήπια. Λόγω της κλίσης του εδάφους, το ύψος του κυμαίνεται μεταξύ 20,00-22,00μ από τη διαμορφωμένη στάθμη του εδάφους στη νοτιοανατολική πλευρά, ενώ περιορίζεται στα 11,15 μ από τη στάθμη του διαμορφωμένου επιπέδου στη βορειοδυτική πλευρά. Η ιδιαίτερη κατασκευή και διαμόρφωση του πύργου σχετίζεται με το λόγο για τον οποίο κατασκευάστηκε, την καλύτερη οχύρωση της πόλης και την υποδοχή πυροβόλων όπλων (Κούσουλα Κονιόρδος,1999). Η οργάνωση των χώρων στο εσωτερικό του, η διαμόρφωση της εξωτερικής του επιφάνειας και τα ιδιαίτερα τυπολογικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά του αποτελούν στοιχεία της οχυρωματικής αρχιτεκτονικής, τα οποία προσαρμόστηκαν στην προϋπάρχουσα κατάσταση. Ελάχιστα είναι τα ανοίγματα του εξωτερικού κελύφους, ενώ η απόληξη του διαμορφώνεται με το σχηματισμό επάλξεων. Σχήμα 2. Εσωτερικοί χώροι του πύργου. Πρόκειται για μία ογκώδη κατασκευή, διαμορφωμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να λειτουργεί α- μυντικά (μεγάλα πάχη τοίχων, κυρτή διαμόρφωση των εξωτερικών επιφανειών, κλίση της βάσης). Η απουσία πυργίσκου στο δώμα αποτελεί ιδιομορφία του μνημείου. Σήμερα λόγω σύγχρονων επεμβάσεων της 9ης ΕΒΑ δεν υπάρχουν στοιχεία που να μαρτυρούν την ύπαρξή του. Η είσοδος στο μνημείο γίνεται από τη δυτική πλευρά του. Στο εσωτερικό του συναντώνται οχτώ κύριοι χώροι (ο χώρος εισόδου, τρία πυροβολεία, τρεις χώροι βοηθητικής χρήσης και ένας χώρος με ιδιαίτερα χαρακτηριστικά οχυρωματικής αρχιτεκτονικής) που οργανώνονται κυκλικά. Οι χώροι αυτοί έχουν διαμορφωθεί στην εξωτερική πλευρά του δομήματος και βρίσκονται σε διαφορετικές μεταξύ τους στάθμες, εκτός από τους χώρους των πυροβολείων οι 3

4 οποίοι διαμορφώνονται στο ίδιο επίπεδο. Εξαίρεση αποτελεί ο χώρος Χ8, ο οποίος βρίσκεται στο εσωτερικό του σώματος του πύργου. Η πρόσβαση σε κάθε χώρο γίνεται μέσω διαδρόμων και κλιμακοστασίων δημιουργώντας πολλαπλές αδιέξοδες διαδρομές, χωρίς να υπάρχει μια ενιαία κυκλική κυκλοφορία. Όλοι οι χώροι του πύργου καλύπτονται από πλινθόκτιστη ημικυλινδρική καμάρα εκτός από τον κυρίως χώρο εισόδου, ο οποίος καλύπτεται από ημισφαιρικό θόλο επί λοφίων. Τα δάπεδα όλων των χώρων καλύπτονται από λίθινες πλάκες. Το στοιχείο που διαφοροποιεί το μνημείο από παρόμοιες κατασκευές είναι η έλλειψη κεντρικής αίθουσας. Το εσωτερικό τμήμα του αποτελείται από επιχωματώσεις, κάτι που οφείλεται στην παρουσία προγενέστερων φάσεων, όπως τεκμηριώνεται από την ιστορική ανάλυση. Σχήμα 3. Τομές - Κατόψεις του πύργου Τριγωνίου. 4

5 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΦΕΡΟΝΤΟΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ Υλικά κατασκευής Πρόκειται για κατασκευή από φέρουσα τοιχοποιία. Τα βασικά υλικά δόμησης της τοιχοποιίας του πύργου είναι ακατέργαστες ή ημικατεργασμένες πέτρες και πλάκες από πράσινο σερπεντίνη λίθο, πλίνθοι και συνδετικό κονίαμα. Όσον αφορά στο σύστημα δόμησης, παρατηρείται μία ακανόνιστη τοποθέτηση λίθων και πλίνθων. Σπάνια συναντώνται λαξευμένοι πωρόλιθοι στη διαμόρφωση των ανοιγμάτων. Συναντώνται επίσης διάσπαρτα μαρμάρινα αρχιτεκτονικά μέλη σε δεύτερη χρήση. Τα συνδετικά κονιάματα της αρχικής κατασκευής είναι ασβεστοκονιάματα δύο τύπων: Λευκό, χονδρόκοκκο, με αδρανή μεγάλου μεγέθους. Ερυθρωπό, μέτριας κοκκομετρίας, με θραύσματα κεραμικού υλικού. Όσον αφορά στις επεμβάσεις που έγιναν από την αρχαιολογική υπηρεσία, στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και στην περίοδο , διακρίνουμε τέσσερις τύπους κονιαμάτων ε- πέμβασης: Γκρι-λευκό λεπτόκοκκο (κυρίως στην είσοδο). Υποκίτρινο λεπτόκοκκο (νότιος διάδρομος - αποχωρητήριο). Τσιμεντοκονίαμα (επεμβάσεις σε παλαιότερες χρονικές περιόδους). Κιτρινωπό λεπτόκοκκο (δάπεδο δώματος). Παθολογία και προγενέστερες επεμβάσεις Ο πύργος παρουσιάζει έντονες βλάβες και φθορές διαφόρων τύπων, οι σημαντικότερες από τις οποίες είναι οι ρηγματώσεις και η προσβολή από υγρασία. Σε μεγάλη έκταση διαπιστώνεται επίσης αποσάθρωση κονιαμάτων πλίνθων και μερικών λίθων. Σε ορισμένες θέσεις εμφανίζεται απώλεια του υλικού της τοιχοποιίας. Στα τρία πυροβολεία του πύργου διαπιστώνονται διαμπερείς ρωγμές που ξεκινούν από το κλειδί του τόξου της κανονιοθυρίδας και επεκτείνονται τόσο προς τα πάνω, όσο και προς τα κάτω καθώς και κατά μήκος της κλείδας της καμάρας του εσωτερικού χώρου. Μεγάλου εύρους ρηγματώσεις διαπιστώνονται επίσης και στους δύο κύριους διαδρόμους του πύργου. Στους χώρους Χ 6 και Χ 8, εμφανίζονται καθ ύψος ρωγμές αποκόλλησης. Στην περίπτωση των δύο αυτών χώρων, πρόκειται για ρωγμές που συναντώνται μεταξύ τοίχων του οθωμανικού πύργου και τοίχων του παλαιοχριστιανικού που ενσωματώθηκαν στη νεότερη κατασκευή. Υγρασία διαπιστώνεται εξωτερικά σε κατακόρυφες ζώνες κάτω από τις υδρορροές, καθώς και περιμετρικά στη ζώνη επαφής του πύργου με το έδαφος (ανερχόμενη υγρασία). Η υγρασία είναι πιο έντονη στο βόρειο τμήμα της εξωτερικής τοιχοποιίας, λόγω περιορισμένου ηλιασμού. Στις θέσεις που η υγρασία είναι πιο έντονη υπάρχει ανάπτυξη φυτοφυίας. Στις οροφές 5

6 των χώρων της ανώτερης στάθμης εμφανίζεται έντονη προσβολή από υγρασία, που μπορεί να αποδοθεί στη διαπερατότητα του υλικού διαμόρφωσης του δώματος και της οροφής του δωματίου Χ 6. Ιδιαίτερα όσον αφορά στο χώρο Χ 8, αυτός βρίσκεται κάτω από δύο οπές συλλογής νερού στο δώμα οι οποίες καταλήγουν σε κινστέρνα. Σχήμα 4. Ενδεικτικές μορφές παθολογίας. Η αποσάθρωση των κονιαμάτων, των πλίνθων, αλλά και των λίθων, διαπιστώνεται σε διάφορες θέσεις στις εσωτερικές και εξωτερικές επιφάνειες των τοιχοποιιών. Η απώλεια του υλικού συνήθως συναντάται σε θέσεις ρωγμών και εντοπίζεται και σε περιοχές κοντά σε ανοίγματα οι οποίες δέχονται την επίδραση των περιβαλλοντικών και κλιματικών συνθηκών. Στις εσωτερικές κλίμακες του πύργου, η τελική επικάλυψη των βαθμίδων είτε έχει αποκολληθεί, ή έχει «φαγωθεί» από τη μακροχρόνια χρήση. Οι ρηγματώσεις στις θέσεις εξασθένησης της περιμετρικής τοιχοποιίας (πυροβολεία, ανοίγματα) μπορούν να αποδοθούν κατά κύριο λόγο στην ώθηση του γαιώδους υλικού στο εσωτερικό του πύργου. Στον πύργο έγιναν κατά καιρούς διάφορες επεμβάσεις αποκατάστασης και επισκευές, μικρότερης και μεγαλύτερης έκτασης από την 9 η ΕΒΑ και το Στρατό. ΣΤΑΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Όπως έχει ήδη αναφερθεί, η στατική προσέγγιση γίνεται με ελαστικούς καταστατικούς νόμους υλικών και οδηγεί σε μία πρώτη εκτίμηση της αντοχής του μνημείου. Ήδη εκπονείται διπλωματική εργασία από τη δεύτερη των συγγραφέων της παρούσας, με στόχο την ακριβέστερη προσέγγιση του αντικειμένου με εισαγωγή ανελαστικού καταστατικού νόμου τύπου Drucker-Prager για την τοιχοποιία και χρήση του προγράμματος ADINA. 6

7 Δημιουργία προσομοιώματος φορέα ιδιομορφίες Η ιδιομορφία του συγκεκριμένου δομικού συστήματος έγκειται στις τοιχοποιίες μεγάλου και τοπικά απροσδιόριστου πάχους, τους ακανόνιστους χώρους και διαδρόμους στο εσωτερικό του και την αβεβαιότητα που υπάρχει ως προς τη σύσταση του υλικού πλήρωσης που καλύπτει μεγάλο εύρος του πυρήνα του πύργου. Ένα άλλο πρόβλημα που έπρεπε να αντιμετωπιστεί ήταν οι άγνωστες ιδιότητες των υλικών και ιδιαίτερα των κονιαμάτων δόμησης. Αυτό οφείλεται και στο γεγονός το μνημείο έχει δεχτεί πολλές επεμβάσεις από τις οποίες οι περισσότερες έγιναν βεβιασμένα χωρίς μελέτη και δεν έχουν καταγραφεί πουθενά. Καθίσταται με αυτό τον τρόπο δύσκολος ο καθορισμός των μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών καθώς και ο υπολογισμός του ιδίου βάρους της τοιχοποιίας. Επιπλέον είναι άγνωστος ο τύπος θεμελίωσης του πύργου. Το κτίριο βρίσκεται σε κεντρικό σημείο της πόλης γεγονός που καθιστά πολύ δύσκολη τη διάνοιξη διερευνητικής τομής. Κάτι τέτοιο άλλωστε θα απαιτούσε την χρονοβόρα διαδικασία έγκρισης και εποπτείας από την αρμόδια Εφορεία Αρχαιοτήτων. Τέλος έπρεπε να βρεθεί τρόπος προσομοίωσης των συνοριακών συνθηκών στις θέσεις ό- που τα τείχη της πόλης έρχονται σε επαφή με την εξωτερική τοιχοποιία του πύργου και λειτουργούν ως μονόπλευρες στηρίξεις σε περίπτωση σεισμού. Δημιουργία προσομοιώματος φορέα - παραδοχές Η αντιμετώπιση των παραπάνω ιδιαιτεροτήτων του φορέα έγινε με τις εξής παραδοχές: Το προσομοίωμα θεωρήθηκε εκ περιστροφής συμμετρικό περί κατακόρυφο άξονα, με μεγάλο πάχος και εξωτερική ακτίνα που μεταβάλλεται καθ ύψος. Έγινε επίσης προσπάθεια απόδοσης των εσωτερικών κενών. Χρησιμοποιήθηκαν χωρικά πεπερασμένα στοιχεία εξαεδρικής μορφής. Οι ωθήσεις από το μη κεκορεσμένο γαιώδες υλικό εφαρμόσθηκαν στην εσωτερική ε- πιφάνεια του κυλινδρικού προσομοιώματος του φορέα. Το προσομοίωμα διαιρέθηκε σε 30 ζώνες καθ ύψος με 72 στοιχεία κατά περίμετρο και 6 ζώνες κατά πάχος. Το ελάχιστο πάχος των τοιχωμάτων του κυλινδρικού σώματος εκτιμήθηκε σε 5.0 m. Το συνολικό πλήθος των στοιχείων έφθασε τα Τοποθετήθηκαν σφαιρικές αρθρώσεις στη βάση του προσομοιώματος, καθώς το μνημείο είναι θεμελιωμένο στο φυσικό βράχο, και κυλίσεις κάθετα στην εξωτερική ε- πιφάνεια στις θέσεις επαφής με τα τείχη. Μετατροπή καρτεσιανών συντεταγμένων σε κυλινδρικές. Οι ιδιότητες των κονιαμάτων καθορίστηκαν από χημικές αναλύσεις που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο δομικών υλικών της Πολυτεχνικής Σχολής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Τα φυσικά και μηχανικά χαρακτηριστικά της λιθοδομής εκτιμήθηκαν, σύμφωνα με τις απαιτήσεις του Ευρωκώδικα 6, ως εξής: 7

8 θλιπτική αντοχή λίθων f b= 20.0 MPa θλιπτική αντοχή και πορώδες του ασβεστοκονιάματος f m = 3.6 MPa, e=15% ειδικό βάρος αργολιθοδομής γ=22 KN/m 3 χαρακτηριστική θλιπτική αντοχή αργολιθοδομής (διορθωτικοί συντελεστές τύπου δόμησης K=0,5, λ=3) f ck =(1/λ) K f b 0.65 f m 0.25 =1.6 Mpa, μέτρο ελαστικότητας Ε=1000 f cκ =1600 Mpa. συντελεστής ασφάλειας υλικού (διακύμανση τιμών σύμφωνα με τον EC6: ) γ m =2.5 θλιπτική αντοχή σχεδιασμού αργολιθοδομής f cd = f cκ / γ m =1,6/2.5= 0.64 MPa. εκτιμώμενη εφελκυστική αντοχή αργολιθοδομής f tk = f cκ /10= 0,16 Mpa. Όσον αφορά στις ιδιότητες του υλικού επίχωσης, θεωρήθηκε ότι παρουσιάζει γωνία εσωτερικής τριβής φ=30 και ειδικό βάρος γ=18 kn/m 3. Το μοντέλο σχεδιάστηκε πρώτα με το πρόγραμμα Autocad και στη συνέχεια εισήχθη στο γραφικό περιβάλλον του προγράμματος στατικής ανάλυσης, διότι ήταν ιδιαίτερα πολύπλοκο για να διαμορφωθεί εξ ολοκλήρου στο περιβάλλον του στατικού προγράμματος. Για τη διακριτοποίηση χρησιμοποιήθηκαν περίπου χωρικά πεπερασμένα στοιχεία. Σχήμα 5. To προσομοίωμα μετά την εισαγωγή του στο πρόγραμμα SAP2000. Επίλυση προσομοιώματος (στατική και δυναμική ανάλυση) Για την στατική και δυναμική ανάλυση του προσομοιώματος χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα SAP2000 V10.Το μοντέλο επιλύθηκε με γραμμική ανάλυση για το ίδιο βάρος (g), τις εσωτερι- 8

9 κές ωθήσεις του κορεσμένου υλικού στο εσωτερικό του πύργου (p) και τη σεισμική δράση και στους τρεις άξονες (Ε χ, Ε y, Ε Ζ ),με τη δράση κατά τον κατακόρυφο άξονα μειωμένη στο 70%, ενώ τα κινητά φορτία θεωρήθηκαν αμελητέα. Έγινε ιδιομορφική ανάλυση με τη χρήση ιδιομορφικών διανυσμάτων (Ritz vectors) για την ταχύτερη ενεργοποίηση της μάζας. Με τον τρόπο αυτό επιτεύχθηκε ενεργοποίηση του 99% της μάζας του πύργου για τις 100 πρώτες ι- διομορφές. Οι 3 πρώτες ιδιομορφές είναι μεταφορικές ενώ η 5 η είναι στρεπτική. Αναλυτικότερα για το σεισμικό φορτίο θεωρήθηκε: Κατηγορία σπουδαιότητας Σ 3 γ Ι =1,15 Συντελεστής συμπεριφοράς q=1,5. Ποσοστό απόσβεσης ζ= 5%. Έδαφος κατηγορίας Β (αποσαθρωμένος βράχος). Φάσμα σεισμού για περίοδο επανάληψης 350 χρόνια. Οι συνδυασμοί φόρτισης που ελέχθησαν είναι (1,35g), (1,35g+1,35p) και (g+p±e). Α- ξίζει να σημειωθεί πως ο συντελεστής των ωθήσεων για τον σεισμικό συνδυασμό θεωρήθηκε ως ο μέσος όρος ενεργητικής και παθητικής ώθησης [(Κ e + Κ p )/2]. Αξιολόγηση αποτελεσμάτων προσομοιώματος Συμπεράσματα Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της ανάλυσης διαπιστώθηκε ότι για τις κατακόρυφες θλιπτικές τάσεις (σ ΖΖ ) δυσμενέστεροι είναι οι συνδυασμοί των στατικών φορτίων (1,35g+1,35p) και 1,35g (σχήμα 6, 7). Διαπιστώθηκε ότι η τοιχοποιία δεν παρουσιάζει ιδιαίτερα προβλήματα εξαιτίας της ικανοποιητικής αντοχής που παρουσιάζουν τα κονιάματα ό- πως αποδείχτηκε από τις εργαστηριακές αναλύσεις. Το συμπέρασμα αυτό φαίνεται και στα διαγράμματα των τάσεων για τον αντίστοιχο συνδυασμό. Οι μεγαλύτερες κατακόρυφες θλιπτικές τάσεις εμφανίζονται, όπως αναμενόταν, στη βάση του πύργου και φτάνουν τα 0,60 MPa. Η αντοχή σχεδιασμού της τοιχοποιίας είναι αρκετά μεγαλύτερη. Εξηγείται επομένως και η απουσία βλαβών στη βάση του πύργου. Διαπιστώθηκε συγκέντρωση θλιπτικών τάσεων σε μια ζώνη περιμετρικά, στη θέση όπου η εξωτερική τοιχοποιία αλλάζει κλίση (περιμετρικός κοσμήτης). Οι κατακόρυφες θλιπτικές τάσεις μειώνονται προς τα ανώτερα στρώματα του πύργου. Εσωτερικά μάλιστα, στην περιοχή λίγο κάτω από τις επάλξεις, αλλάζουν πρόσημο και γίνονται εφελκυστικές. Το γεγονός αυτό οφείλεται στη μείωση του ιδίου βάρους στα ανώτερα στρώματα και στις ωθήσεις που ασκεί το γαιώδες υλικό το οποίο βρίσκεται στο εσωτερικό του πύργου. Αντίθετα για τις περιφερειακές εφελκυστικές τάσεις (σ θθ ) ο δυσμενέστερος συνδυασμός είναι ο σεισμικός (g+p±e) (σχήμα 8, 9). Οι αναπτυσσόμενες τάσεις ξεπερνούν το 1,0 MPa, και είναι πολύ μεγαλύτερες από την θεωρούμενη εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας (f tk =0,16 MPa). Σε ανοίγματα και σε διαδρόμους οι τιμές ξεπερνούν τα 2,0 MPa, όπως φαίνεται στα διαγράμματα των τάσεων για τον αντίστοιχο συνδυασμό. 9

10 Αναλυτικότερα, στο κέντρο του σώματος του πύργου σε μία αρκετά μεγάλη ζώνη περιμετρικά εμφανίζονται, για τον σεισμικό συνδυασμό, περιφερειακές εφελκυστικές τάσεις έως και 1.5 MPa. Στις θέσεις των διαδρόμων και στα ανοίγματα, δηλαδή εκεί όπου το πάχος της τοιχοποιίας μειώνεται αισθητά, οι περιφερειακές εφελκυστικές τάσεις φτάνουν τοπικά μέχρι και τα 4.0 MPa. Σχήμα 6. Κατακόρυφες τάσεις για τον συνδυασμό 1.35g+1p. Σχήμα 7. Κατακόρυφες τάσεις για τον συνδυασμό 1.35g+1.5p. Θλιπτικές περιφερειακές τάσεις εμφανίζονται στα σημεία επαφής του πύργου με τα τείχη, καθώς αυτά αντιστέκονται στη ταλάντωση του πύργου σε περίπτωση σεισμού. Εκτιμάται ότι, παρόλες τις προσεγγίσεις και τις παραδοχές το προσομοίωμα είναι αρκετά α- ξιόπιστο. Πράγματι εμφανίζονται υψηλές περιφερειακές εφελκυστικές τάσεις σε θέσεις όπου η τοιχοποιία εμφανίζει ρηγματώσεις ή έχουν πραγματοποιηθεί προηγούμενες επεμβάσεις. Επομένως είναι σχεδόν σίγουρο πως ο πύργος δέχεται έντονες ωθήσεις, με φορά προς τα 10

11 έξω, από το υλικό που υπάρχει στο εσωτερικό. Το φαινόμενο αυτό γίνεται εντονότερο με την εφαρμογή και των σεισμικών φορτίων. Σχήμα 8. Περιφερειακές τάσεις για το σεισμικό συνδυασμό. Σχήμα 9. Περιφερειακές τάσεις για το σεισμικό συνδυασμό. Στο σημείο είναι σκόπιμο να σημειωθεί ότι οι εμφανιζόμενες υψηλές εφελκυστικές τάσεις ο- φείλονται στη θεώρηση γραμμικά ελαστικού υλικού και δεν είναι ρεαλιστικές. Οι περιφερειακές εφελκυστικές τάσεις προκαλούν ρηγματώσεις με τοπική ανακατανομή και διαφοροποιήση της εντατικής κατάστασης. Ρεαλιστικότερη εκτίμηση της απόκρισης είναι δυνατή με τη θεώρηση ανελαστικού καταστατικού νόμου για την τοιχοποιία. Η προσπάθεια αυτή, όπως προαναφέρθηκε είναι ήδη σε εξέλιξη με το πρόγραμμα ADINA και καταστατικό νόμο τύπου Drucker- Prager. 11

12 Διαμόρφωση ενισχυμένου φορέα ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Αξιολογώντας τα αποτελέσματα της στατικής και δυναμικής ανάλυσης προτείνονται τα ακόλουθα μέτρα ενίσχυσής του φέροντα οργανισμού τα οποία διακρίνονται σε παθητικά και ε- νεργητικά. Παθητικά μέτρα προστασίας: Οι ρωγμές σφραγίζονται με ένεμα, το οποίο πρέπει να είναι συμβατό με το υλικό της τοιχοποιίας. Αρμολογήματα σε περιοχές όπου το κονίαμα δόμησης είναι αποσαθρωμένο. Τοπικές αναδομήσεις σε περιοχές απώλειας υλικού. Ανακατασκευή νέας στεγανής επίστρωσης δώματος. Μετά από ανάλυση δειγμάτων κονιάματος στο εργαστήριο δομικών υλικών του Α.Π.Θ. προτείνονται συστάσεις συμβατές με το υλικό δόμησης της τοιχοποιίας τόσο για το ένεμα όσο και για το κονίαμα που θα χρησιμοποιηθεί στα αρμολογήματα. Ενεργητικά μέτρα ενίσχυσης: Περίσφιξη με προεντεταμένους χαλύβδινους εξωτερικούς δακτυλίους. Η τοποθέτηση των προεντεταμένων δακτυλίων εξωτερικά θεωρήθηκε ως βέλτιστη λύση καθώς είναι αντιστρέψιμη, παρουσιάζει ευκολία κατά την ε- φαρμογή και προκαλεί περιορισμένη αισθητική αλλοίωση του μνημείου. Προτείνεται η τοποθέτηση 12 συνολικά δακτυλίων Φ32 ανά τριάδες σε 4 ε- πάλληλες στάθμες. Οι δακτύλιοι θα έχουν πολυγωνική μορφή και θα εδράζονται στην τοιχοποιία σε 24 σημεία επί τεμαχίων δοκών U200 από ανοξείδωτο χάλυβα τα οποία θα τοποθετηθούν περιμετρικά του πύργου. Σημειώνεται ότι, για την εξασφάλιση της ομοιόμορφης κατά το δυνατόν ε- φαρμογής της περίσφιξης, η εισαγωγή των δυνάμεων προέντασης θα πρέπει να γίνει συγχρόνως μέσω πολλών αρμοκλειδών κατά μήκος των πολυγωνικών δακτυλίων. Η προσομοίωση των δακτυλίων έγινε με γραμμικά στοιχεία με τα ακόλουθα μηχανικά χαρακτηριστικά: fy/u=620/, 750MPa E=200 Gpa. Η δύναμη προέντασης φτάνει στο 60% της δύναμης διαρροής των δακτυλίων. Τοποθέτηση στους χώρους των πυροβολείων, οι οποίοι παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες ρωγμές, χαλύβδινών ελκυστήρων με τυφλές αγκυρώσεις. Σε κάθε πυροβολείο τοποθετούνται 2 ελκυστήρες με τυφλές αγκυρώσεις από ανοξείδωτο χάλυβα Φ16 σε απόσταση ενός μέτρου μεταξύ τους. Ελκυστήρες τοποθετούνται στο επίπεδο γένεσης των καμαρών και των τόξων σε ύψος περίπου 2.75m από το δάπεδο. 12

13 Επίλυση ενισχυμένου φορέα Το μοντέλο επιλύθηκε με γραμμική ανάλυση για το ίδιο βάρος (g), τις εσωτερικές ωθήσεις του κορεσμένου υλικού στο εσωτερικό του πύργου (p), τη σεισμική δράση και στους τρεις άξονες (Ε χ, Ε y, Ε Ζ ), και τις δυνάμεις που ασκούν οι προεντεταμένοι δακτύλιοι. Έγινε ιδιομορφική ανάλυση με τη χρήση ιδιομορφικών διανυσμάτων και επιτεύχθηκε, όπως και προηγουμένως, ενεργοποίηση του 99% της μάζας του πύργου στο για τις 100 πρώτες ιδιομορφές. Θα πρέπει να αναφερθεί ότι, καθώς οι προτεινόμενες επεμβάσεις στη τοιχοποιία αφορούν μικρό τμήμα σε σχέση με τον συνολικό όγκο του φορέα, δεν επιφέρουν σημαντικές αλλαγές στα χαρακτηριστικά της τοιχοποιίας. Για το λόγο αυτό δεν τροποποιήθηκαν τα μηχανικά χαρακτηριστικά των υλικών στον ενισχυμένο φορέα. Επίσης θεωρήθηκε ότι -καθώς τα παθητικά μέτρα προηγούνται των ενεργητικών- ο φορέας είναι αρηγμάτωτος όταν εφαρμόζονται οι δακτύλιοι περίσφιξης. Η προσομοίωση και ενεργοποίηση των προεντεταμένων δακτυλίων έγινε ως εξής: Τοποθετήθηκαν, στις κατάλληλες θέσεις εξωτερικά, γραμμικά στοιχεία με εμβαδό διατομής ίσο με το άθροισμα των διατομών των δακτυλίων κάθε ζώνης. Η ασκούμενη δύναμη προέντασης έφτασε στο 60% της δύναμης σχεδιασμού των δακτυλίων. Έγιναν τρεις νέες επιλύσεις, υπό τις ακόλουθες συνθήκες: Προένταση δακτυλίων χωρίς μεταβολή της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Προένταση δακτυλίων και αύξηση της θερμοκρασίας κατά 20 ο C Προένταση δακτυλίων και μείωση της θερμοκρασίας κατά 20 ο C Η εισαγωγή των δυνάμεων προέντασης έγινε με θεώρηση κατάλληλου θερμικού καταναγκασμού ως εξής: Εμβαδό διατομής τριάδας δακτυλίων: Α=3Φ32=24.14cm 2 Δύναμη προέντασης :Ρ =0.6 Α(f y /γ m )=816 kν Ανηγμένη επιμήκυνση: e=f d /E=0.6 (f y /γ m )/Ε=1.69% Συντελεστής θερμικής διαστολής χάλυβα: α=1.2x 10-5 grad -1 Απαιτούμενος θερμικός καταναγκασμός: Δt=-e/a=-141 ο C Αύξηση θερμοκρασίας κατά 20 ο C( Δt=-121 ο C) : P=700 kn Μείωση θερμοκρασίας κατά 20 ο C( Δt=-161 ο C) : P=932 kn Αποτελέσματα επίλυσης ενισχυμένου φορέα Από την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της επίλυση του ενισχυμένου φορέα διαπιστώθηκε ότι παρά την σχετικά ισχυρή προένταση η πτώση των περιφερειακών εφελκυστικών τάσεων είναι σχετικά μικρή. Συγκεκριμένα για προένταση υπό κανονικές θερμοκρασιακές συνθήκες η μείωση κυμαίνεται περί τα 0.15 MPa ενώ για τη πιο δυσμενή περίπτωση (+20 C) κατά την οποία οι δακτύλιοι είναι πιο χαλαροί η μείωση των περιφερειακών εφελκυστικών τάσεων κυ- 13

14 μαίνεται περί τα 0,12 MPa. Οι μειώσεις αυτές παρατηρούνται στην εξωτερική επιφάνεια του φορέα, ενώ στο εσωτερικό η μείωση είναι σχετικά μεγαλύτερη (περί τα 0,23 MPa). Η παραπάνω διαπίστωση βρίσκεται σε συμφωνία με τις προβλέψεις της θεωρητικής επίλυσης κυλίνδρου μεγάλου πάχους από ελαστικό υλικό με ομοιόμορφη εξωτερική περίσφιξη (Τσαμασφύρος 1990). Στα Σχήματα 11 και 12 παρουσιάζονται τα διαγράμματα των τάσεων του ενισχυμένου φορέα για τη δυσμενή περίπτωση (+20 C). β) α) γ) Σχήμα 10. α) Ο πύργος με τους δακτυλίους(αναπαράσταση). β) Κατασκευαστική λεπτομέρεια διάταξης έδρασης μιας τριάδας δακτυλίων. γ) Λεπτομέρεια αρμοκλείδας τάνυσης δακτυλίου. Σχήμα 11. Περιφερειακές τάσεις για την δυσμενή περίπτωση προέντασης (+20 C). Είναι φανερό ότι η μικρή σχετικά μείωση των περιφερειακών εφελκυστικών τάσεων δεν αρκεί ώστε να αποτρέψει την εμφάνιση ρηγματώσεων. Πρέπει όμως να τονιστεί ότι, τουλάχιστον στις θέσεις συγκέντρωσης των εφελκυστικών τάσεων, ο φορέας εμφανίζει ήδη ρηγματώσεις με αποτέλεσμα την ανακατανομή των τάσεων και τη σημαντική μείωση των μέγιστων τιμών 14

15 τους. Σημειώνεται ακόμη ότι η προτεινόμενη στεγάνωση του δώματος αναμένεται να προκαλέσει σημαντική μείωση των εσωτερικών ωθήσεων από τον γαιώδη πυρήνα με αποτέλεσμα την σημαντική περαιτέρω μείωση των περιφερειακού εφελκυσμού στο σώμα του μνημείου. Σχήμα 12. Περιφερειακές τάσεις για την δυσμενή περίπτωση προέντασης (+20 C). Οι συντάκτες της παρούσας εκτιμούν ότι είναι απαραίτητη χρήση ανελαστικού καταστατικού νόμου για τη τοιχοποιία και η εκπόνηση διερευνητικών αναλύσεων ώστε να βελτιστοποιηθεί η προτεινόμενη ενεργητική περίσφιξη όσον αφορά τόσο στην επιλογή των θέσεων όσο και της δύναμης προέντασης των ελκυστήρων. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο Πύργος Τριγωνίου αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα μνημεία της Θεσσαλονίκης, με ιδιότυπη κατασκευή και δομή, αναπόσπαστο τμήμα της μεσαιωνικής οχύρωσης της πόλης και από τα λιγοστά δείγματα της οχυρωματικής αρχιτεκτονικής με ιστορικές, μορφολογικές και κατασκευαστικές ποιότητες και αξίες. Παρόλα αυτά δεν του έχει δοθεί η απαραίτητη προσοχή με αποτέλεσμα να έχει υποστεί σοβαρές φθορές και να παραμένει αναξιοποίητος. Η κατάσταση του μνημείου απαιτεί σοβαρές επεμβάσεις αποκατάστασης και ενίσχυσης συμβατές προς τα υλικά και τη δομή της ιστορικής κατασκευής. Οι επεμβάσεις θα καταστήσουν δυνατή την επανάχρηση του μνημείου ως μουσείου του εαυτού του αλλά και για περιοδικές εκθέσεις, ώστε με τη συνεχή συντήρηση να διασφαλιστεί η επιβίωσή του στο μέλλον. Με τον τρόπο αυτό πιστεύεται ότι το μνημείο μπορεί να επανενταχθεί στο σύγχρονο αστικό τοπίο, χωρίς να αλλοιωθεί η ιστορική και αρχιτεκτονική του ταυτότητα και επιπλέον να συμπληρώσει λειτουργικά το σύνολο της οχύρωσης της Θεσσαλονίκης. 15

16 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συντάκτες της παρούσας εργασίας ευχαριστούν τις μεταπτυχιακές φοιτήτριες: Γκουλιοπούλου Βασιλική, αγρονόμο-τοπογράφο μηχανικό Νάση Μαριάνα, αρχιτέκτονα μηχανικό Παπακωνσταντίνου Ευαγγελία, αρχιτέκτονα μηχανικό Συγγελάκη Ελπίδα, αρχαιολόγο καθώς και τους καθηγητές : Παλυβού Κλαίρη, καθηγήτρια τμήματος Αρχιτεκτόνων Μηχανικών Α.Π.Θ. Γεωργούλα Όλγα, καθηγήτρια τμήματος Αγρ.-Τοπ. Μηχανικών Α.Π.Θ. Τοκμακίδη Κώστα, καθηγητή τμήματος Αγρ.-Τοπ. Μηχανικών Α.Π.Θ. Μητσοπούλου Ευθυμία, καθηγήτρια τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Αναγνωστόπουλο Χρήστο, καθηγητή τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. Παπαγιάννη Παπαδοπούλου Ιωάννα, καθηγήτρια τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ. με τους οποίους συνεργάστηκαν στην μελέτη του Πύργου Τριγωνίου στο πλαίσιο του Διατμηματικού Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών της Πολυτεχνικής Σχολής «Προστασία, Συντήρηση και Αποκατάσταση Μνημείων Πολιτισμού». Ευχαριστούν επίσης ιδιαίτερα τους Στεφάνου Στυλιανό., αρχαιολόγο Κονιόρδο Βασίλειο., αρχιτέκτονα μηχανικό Moσχονά Γιάννη, πολιτικό μηχανικό για την παροχή πολύτιμων στοιχείων και την αμέριστη συνεργασία τους στην εκπόνηση της μελέτης. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Αναγνώστου Ι., Διήγησις περί της τελευταίας αλώσεως της Θεσσαλονίκης. Μονωδία επί τη αλώσει της Θεσσαλονίκης, επιμέλεια Τσάρα Γιάννη, (1958), Βιβλιοθήκη της Βυζαντινής Θεσσαλονίκης 1, Θεσσαλονίκη. Στεφάνου Στ., (1988), O πύργος του Τριγωνίου. Συμβολή στη μελέτη των τουρκικών οχυρώσεων της Θεσσαλονίκης, Βυζαντινά 14, σελ Κούσουλα Αικ., Κονιόρδος Β., (1999), Ανασκαφική έρευνα στον πύργο του Τριγωνίου των ανατολικών τειχών της Θεσσαλονίκης, στο 19 ο Συμπόσιο Βυζαντινής και Μεταβυζαντινής Αρχαιολογίας και Τέχνης, 7-9 Μαΐου 1999, περιλήψεις εισηγήσεων και ανακοινώσεων, Αθήνα: Χριστιανική Αρχαιολογική Εταιρεία, σελ Τσαμασφύρος Γ.Ι., (1990), Mηχανική Παραμορφώσεων Σωμάτων, Εκδόσεις Συμμετρία. CSI computers and structures inc., Manual, Sap 2000 Version