ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΣΕ ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗ: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ

Transcript

1 ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ» ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΣΕ ΕΝΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΚΑΤΑΠΟΝΗΣΗ: ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟΥ ΔΙΠΛΩΜΑΤΟΣ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ ΚΑΨΑΛΗΣ Λ. ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Πολιτικός Μηχανικός Επιβλέπων: Καθηγητής Αθανάσιος Τριανταφύλλου ΠΑΤΡΑ 2017

2 UNIVERSITY OF PATRAS POLYTECHNIC SCHOOL DEPARTMENT OF CIVIL ENGINEERS MASTER S DEGREE PROGRAMM «SEISMIC DESIGN OF STRUCTURES» COMBINED SEISMIC STRENGTHENING AND ENERGY UPGRADE SYSTEM FOR MASONRY WALLS UNDER IN PLANE LOADING: EXPERIMENTAL AND ANALYTICAL STUDY MASTER S DEGREE THESIS KAPSALIS L. PANAGIOTIS Civil Engineer Supervisor: Professor Athanasios Triantafillou PATRAS 2017 ii

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα εργασία πραγματεύεται το αντικείμενο της δομικής ενίσχυσης μιας κατασκευής από φέρουσα τοιχοποιία (με τη χρήση σύνθετων υλικών), σε συνδυασμό με ταυτόχρονη ενεργειακή αναβάθμιση της κατασκευής. Το θέμα αυτό διερευνήθηκε αναλυτικά και πειραματικά με τη χρήση δοκιμίων από τοιχοποιία, τα οποία μελετήθηκαν σε εντός επιπέδου καταπόνηση. Η κατασκευή των δοκιμίων, η εφαρμογή του υλικού ενίσχυσης και του υλικού θερμομόνωσης καθώς και η πειραματική διάταξη για την εφαρμογή των δοκιμών, υλοποιήθηκαν στο Εργαστήριο Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του τμήματος Πολιτικών Μηχανικών, στον χώρο του Πανεπιστημίου Πατρών. Η υλοποίηση όλων αυτών θα ήταν αδύνατη δίχως την καθοδήγηση του επιβλέποντα καθηγητή κ. Αθανάσιου Τριανταφύλλου, που με τις γνώσεις και την εμπειρία του καθοδήγησε αυτή την προσπάθεια στο καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα αλλά και τη συμβολή του τεχνικού του εργαστηρίου, κ. Κυριάκου Κάρλου, του οποίου τόσο οι θεωρητικές γνώσεις επί του αντικειμένου, όσο και οι γνώσεις για την ορθή και ασφαλή λειτουργία όλου του εργαστηριακού εξοπλισμού και την χρήση και εφαρμογή των υλικών, κατέστησαν εφικτή την όλη προσπάθεια. Εξίσου σημαντική ήταν και η συμβολή όλων των υπόλοιπων φοιτητών που συμμετείχαν στην εκπόνηση των πειραμάτων αυτών, η συμφοιτήτρια και στενή συνεργάτης μου, Λουκία Γεωργίου, και η προπτυχιακή φοιτήτριακατερίνα Βερροίου, με τους οποίους υπήρχε άψογη συνεργασία και μοιράστηκαν μαζί μου το βάρος όλων των απαιτούμενων εργασιών. Θα ήθελα, λοιπόν, να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου προς όλους τους προαναφερθέντες χάρη στους οποίους καταλήξαμε στο άρτιο αυτό αποτέλεσμα. Θερμές ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω και στην εταιρεία Sika Hellas για την δωρεάν παροχή του υαλοπλέγματος SikaWrap 350G Grid που χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική διαδικασία, η ποιότητα του οποίου κρίθηκε άψογη. Θα ήθελα, επιπλέον, να ευχαριστήσω τους συμφοιτητές και νέους φίλους μου στο Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών για τις συμβουλές και την ψυχολογική και ηθική υποστήριξη τους, καθώς και για την άψογη συνεργασία που είχαμε σε όλο το διάστημα της φοίτησής μας. Τέλος, ευχαριστώ από καρδιάς την οικογένεια μου για την αγάπη, κατανόηση, συμπαράσταση και υπομονή που έδειξαν όλο αυτόν τον καιρό. iii

4 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται το αντικείμενο της δομικής ενίσχυσης στοιχείων άοπλης τοιχοποιίας με ταυτόχρονη ενεργειακή αναβάθμιση αυτών. Προτείνεται ουσιαστικά μια τροποποιημένη εφαρμογή της τεχνικής των θερμοπροσόψεων, όπου θα χρησιμοποιείται πλέγμα ινών από σύνθετα υλικά, τοποθετημένο στο κονίαμα κόλλησης των θερμομονωτικών πλακών(υλικά τύπου TRM), ικανό να προσφέρει δομική ενίσχυση στην τοιχοποιία, και ελέγχονται διάφορες διατάξεις ούτως ώστε να επιτευχθεί η καλύτερη δυνατή μηχανική συμπεριφορά του συστήματος. Η μελέτη περιλαμβάνει αναλυτικό κομμάτι όπου προβλέπεται η συμπεριφορά στοιχείων οπλισμένης τοιχοποιίας αλλά και πειραματικό όπου αφορά την επιβολή ανακυκλιζόμενης φόρτισης σε στοιχεία τοιχοποιίας που κατασκευάσθηκαν και οπλίσθηκαν στο εργαστήριο. Τα στοιχεία τοιχοποιίας που εξετάζονται είναι τριών ειδών: (α) στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος, (β) στοιχεία τύπου πεσσού και (γ) στοιχεία τύπου υπέρθυρου (ανώφλι). Στην παρούσα εργασία ελέγχονται τα στοιχεία της τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση. Η διάρθρωση που ακολουθείται στην συγκεκριμένη εργασία είναι η ακόλουθη: Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια σύντομη εισαγωγή στις κατασκευές από τοιχοποιία και στις βασικές έννοιες που απαρτίζουν την συγκεκριμένη μελέτη, οι οποίες είναι «ενισχύσεις κατασκευών» και «ενεργειακή αναβάθμιση κατασκευών», ενώ στην κάθε περίπτωση γίνεται ειδική αναφορά στις ενισχύσεις με υλικά τύπου TRM και στην τεχνική των θερμοπροσόψεων. Επίσης, στο κεφάλαιο αυτό καθορίζονται αναλυτικά οι στόχοι της εργασίας. Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια συνοπτική περιγραφή στη δομική διαμόρφωση της τοιχοποιίας (επιμέρους υλικά, τύποι και τρόπος δόμησης, επιμέρους δομικά στοιχεία) καθώς και στη μηχανική συμπεριφορά της (άοπλη ή οπλισμένη) με έμφαση στην καταπόνηση εντός του επιπέδου της. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφονται τα υλικά ενίσχυσης και θερμομόνωσης που μελετώνται στην παρούσα εργασία. Στο Κεφάλαιο 4 ξεκινάει η περιγραφή του πειραματικού τμήματος της εργασίας, όπου γίνεται η περιγραφή των δοκιμίων που κατασκευάσθηκαν. Συγκεκριμένα, περιγράφονται η ονοματολογία των δοκιμίων, τα υλικά κατασκευής, η πορεία των iv

5 εργασιών (κτίσιμο και επεμβάσεις), οι διατάξεις επιβολής φόρτισης σε αυτά και ο χαρακτηρισμός των υλικών μέσω των προκαταρκτικών δοκιμών που έγιναν για το σκοπό αυτό. Στο Κεφάλαιο 5 καταγράφονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων που διεξήχθησαν, ενώ ακολουθεί η επεξεργασία τους και ο σχολιασμός. Στο Κεφάλαιο 6 γίνεται μια αναλυτική πρόβλεψη της συμπεριφοράς των δοκιμίων μέσω προσομοιωμάτων συμπεριφοράς για στοιχεία οπλισμένης τοιχοποιίας, σε εντός επιπέδου καταπόνηση. Στο Κεφάλαιο 7 δίνονται τα τελικά συμπεράσματα από την όλη διαδικασία που ακολουθήθηκε και τα αποτελέσματα που ελήφθησαν. Εδώ απαντώνται συγκεντρωτικά τα ερωτήματα που ετέθησαν από την εισαγωγή, που αποτελούσαν και τους στόχους της παρούσας εργασίας. ABSTRACT In this thesis the application of Textile Reinforced Mortars (TRM) in combination with application of thin insulation plates, as a means of seismic strengthening and energy upgrading of unreinforced masonry walls subjected to in-plane cyclic loading is experimentally and analytically investigated. It is basically a modification of the external insulation method, where a glass fiber textile is used as reinforcement to the mortar that is used for bonding the insulation plates. Various cases of applying the materials, in order to achieve the best mechanical behavior of the strengthened element, are investigated. The analytical part aims to approach the experimental results using basic mechanics of materials theory. Three groups of medium scale specimens are examined: (a) shear wall specimens, (b) pillar elements and (c) lintel elements. The structure of this thesis is described below: The 1 st Chapter outlines in general the need of seismic and energy retrofitting of masonry constructions and a special reference to the use of composite materials in seismic retrofitting technologies is made. At the end on this chapter the goals of this thesis are clearly defined. The 2 nd Chapter gives a broad reference to the structure and mechanics of masonry, emphasizing at the in-plane behaviour. v

6 The 3 rd Chapter refers to the materials used for the seismic and energy upgrading of the specimens. In the 4 th Chapter the specimens are described in detail. The nomenclature and the construction and strengthening procedure are described, as well as the ways of applying the external loading and the test set ups. The tests that were carried out in order to characterize the materials are also described in detail. The 5 th Chapter includes the experimental results as well as their processing and comments about them. The 6 th Chapter refers to the analytical approach of specimens behaviour and the comparison of the analytical and the experimental results. In the 7 th Chapter the results are summarized and the final conclusions of this study are given. Proposals are also made about further investigation of this study. vi

7 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ iii iv vii x xiii xv 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Γενικά Συνήθη προβλήματα ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Γενικά Χρήση συνθέτων υλικών σε ενισχύσεις FRP ή TRM Ενισχύσεις κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία Βιβλιογραφική ανασκόπηση ερευνητικών εργασιών για ενισχύσεις με TRM Γενικά Ενίσχυση στοιχείων σκυροδέματος Ενίσχυση στοιχείων τοιχοποιίας ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Γενικά Θερμομόνωση Τεχνική θερμοπροσόψεων ΣΤΟΧΟΙ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΛΙΘΟΣΩΜΑΤΑ Γενικά Οπτόπλινθοι ΚΟΝΙΑΜΑ ΔΟΜΗΣΗΣ ΔΟΜΙΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Τύποι τοιχοποιίας και βασικοί κανόνες δόμησης Στοιχεία φέροντος τοίχου ΠΑΘΟΛΟΓΙΑ ΑΟΠΛΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Ενδογενή αίτια βλαβών Τρόποι καταπόνησης και συνήθεις μορφές αστοχίας ΑΝΤΟΧΗ ΑΟΠΛΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Θλιπτική αντοχή Αντοχή θλιβόμενων τοίχων υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση, 48 vii

8 εντός επιπέδου Ελαστικά χαρακτηριστικά ΑΝΤΟΧΗ ΟΠΛΙΣΜΕΝΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ ΜΕ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ ΥΛΙΚΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ ΙΝΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Είδη ινών Διατάξεις ινών ΜΗΤΡΕΣ Οργανικές μήτρες Ανόργανες μήτρες ΚΟΛΛΑ Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ TRM ΩΣ ΣΥΝΟΛΟ ΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΩΝ Οπτόπλινθοι και κονίαμα δόμησης Τοιχοποιία Θλιπτική αντοχή και μέτρο ελαστικότητας Διατμητική αντοχή και μέτρο διάτμησης Ινόπλεγμα ενίσχυσης και μητρικό κονίαμα ενίσχυσης Ινόπλεγμα σε Ανόργανη Μήτρα Θερμομονωτικές πλάκες ΤΥΠΟΙ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Διάταξη για δοκίμια τύπου Α (διατμητικά τοιχώματα) Διάταξη για δοκίμια τύπου Β (πεσσοί) Διάταξη για δοκίμια τύπου C (υπέρθυρα) ΕΠΙΒΟΛΗ ΦΟΡΤΙΣΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΓΕΝΙΚΑ ΔΟΚΙΜΙΑ ΤΥΠΟΥ Α Γενικά Μορφές αστοχίας Δοκίμιο αναφοράς (A_Control) Δοκίμιο A_i1M1i Δοκίμιο A_1iMi Δοκίμιο A_M2ii 164 viii

9 Δοκίμιο A_Mii Αξιολόγηση δοκιμίων ΔΟΚΙΜΙΑ ΤΥΠΟΥ Β Γενικά Μορφές αστοχίας Δοκίμιο αναφοράς (B_Control) Δοκίμιο B_i1M1i Δοκίμιο B_1iMi Δοκίμιο B_M2ii Δοκίμιο B_Mii Αξιολόγηση δοκιμίων ΔΟΚΙΜΙΑ ΤΥΠΟΥ C Γενικά Μορφές αστοχίας Δοκίμιο αναφοράς (C_Control) Δοκίμιο C_i1M1i Δοκίμιο C_1iMi Δοκίμιο C_M2ii Δοκίμιο C_Mii Αξιολόγηση δοκιμίων ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΔΟΧΕΣ ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑ ΚΑΜΠΤΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΛΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Α ΔΟΚΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Β ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ C ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΩΝ ΤΙΜΩΝ ΜΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΣΥΝΟΨΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΕΡΕΥΝΑ 236 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 238 ix

10 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα Σελίδα 1.1 Κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος ανά νοικοκυριό για θέρμανση και κλιματισμό Θερμοκρασιακή διακύμανση εσωτερικού χώρου κτιρίου κατά τη διάρκεια εικοσιτετράωρου, ανάλογα με τη θερμική μάζα Μορφές αστοχίας δοκιμίων σε εντός επιπέδου καταπόνηση Εξιδανικευμένη καμπύλη θλιπτικής τάσης παραμόρφωσης τοιχοποιίας Περιβάλλουσα αστοχίας τοίχων υπό συνδυασμό ορθής και διατμητικής τάσης κατά Mann & Muller Θλιβόμενος τοίχος υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση Ρωγμή που διέρχεται μόνο μέσω των αρμών Ρωγμή που περιλαμβάνει και θραύση των λιθοσωμάτων Προφίλ τάσεων και παραμορφώσεων στη βάση καμπτόμενου τοίχου Πλευρική φόρτιση για στοιχείο τύπου πεσσού Πλευρική φόρτιση για στοιχείο τύπου υπέρθυρου Διάγραμμα θεωρητικού υπολογισμού λόγου Poisson (ν) τοιχοποιίας Εξιδανικευμένη καμπύλη εφελκυστικής τάσης παραμόρφωσης ΙΑΜ Καμπτόμενο στοιχείο τοιχοποιίας οπλισμένης με ίνες σύνθετου υλικού Ανάλυση διατομής οπλισμένης τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση Συνεισφορά πλέγματος με ίνες σε δύο κάθετες διευθύνσεις στην διατμητική αντίσταση Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης παραμόρφωσης για διαφόρους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα Κατηγοριοποίηση ινών ανάλογα με την προέλευση του υλικού κατασκευής τους Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΑΜ σε μονοαξονικό εφελκυσμό Καμπύλες φορτίου παραμόρφωσης για διαφορετικού βαθμού προσθήκη TRM σε καμπτική ενίσχυση Διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης από δοκιμές θλίψης τοιχίσκων (α) θλίψη παράλληλα στους οριζόντιους αρμούς (β) θλίψη κάθετα στους οριζόντιους αρμούς Εξιδανικευμένες καμπύλες τάσης παραμόρφωσης τοιχοποιίας (α) παράλληλα στους οριζόντιους αρμούς (β) κάθετα στους οριζόντιους αρμούς Πειραματικός υπολογισμός μέτρου ελαστικότητας τοιχοποιίας Διάγραμμα θεωρητικής διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας συναρτήσει θλιπτικής τάσης Σχηματική απεικόνιση διάταξης δοκιμής λοξού εφελκυσμού Σχηματική απεικόνιση πειραματικής διάταξης για δοκιμή διάτμησης Διατμητική αντοχή τοιχοποιίας συναρτήσει της θλιπτικής τάσης, βάσει ΕΝ και προσαρμογή ευθείας στις πειραματικές τιμές 109 x

11 4.8 Σύγκριση θεωρητικών και πειραματικών τιμών διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας Σχηματική απεικόνιση διάταξης και χαρακτηριστικών πλέγματος ενίσχυσης Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης για δοκίμια κονιάματος μήτρας του TRM Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης για την εύρεση μέτρου ελαστικότητας σύμφωνα με το πρότυπο ASTM International C Διαγράμματα δύναμης παραμόρφωσης δοκιμίων ΙΑΜ σε άμεσο εφελκυσμό, με μια ή δύο στρώσεις πλέγματος (1L ή 2L) Διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ΙΑΜ σε άμεσο εφελκυσμό με μια ή δύο στρώσεις πλέγματος (1Lή 2L) Διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης - κλάδοι ρηγματωμένων δοκιμίων και προσαρμοσμένες ευθείες (με διακεκομμένες γραμμές) Εξιδανικευένη καμπύλη τάσης παραμόρφωσης ΙΑΜ Σχηματική απεικόνιση (σε κάτοψη) της διάταξης για την πάκτωση της βάσης των δοκιμίων ομάδας Α Διάταξη τοποθέτησης των δοκιμίων ομάδας Α, σε μεταλλική δοκό U, για την πάκτωση της βάσης της Γράφημα ιστορίας φόρτισης Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_Control Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_i1M1i Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_1iMi Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_Μ2ii Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_Μii Συγκεντρωτικά διαγράμματα δύναμης - μετατόπισης δοκιμίων ομάδας Α Συγκριτικό διάγραμμα περιβάλλουσων καμπυλών των δοκιμίων της ομάδας Α Ροπή αντοχής ανηγμένη μετατόπιση κορυφής κάθε δοκιμίου, για τα δοκίμια ομάδας Α Ποσοστιαία αύξηση ροπής αντοχής κάθε δοκιμίου, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (άοπλη τοιχοποιία), για τα δοκίμια ομάδας Α Συγκριτικό διάγραμμα δυσκαμψίας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Α Συγκριτική αύξηση δυσκαμψίας δοκιμίων ομάδας Α, σε σχέση με το δοκίμιο Α_Control (άοπλη τοιχοποιία) Συγκριτικό διάγραμμα απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Α Συγκριτικό διάγραμμα αθροιστικής απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Α Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_Control Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_i1M1i Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_1iMi Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_M2ii Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_M2ii Συγκεντρωτικά διαγράμματα δύναμης - μετατόπισης δοκιμίων ομάδας Β 188 xi

12 5.20 Συγκριτικό διάγραμμα περιβάλλουσων καμπυλών των δοκιμίων της ομάδας B Ροπή στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένη ως προς το μήκος βύθιση στο μέσον, κατά την αστοχία, για τα δοκίμια ομάδας Β Ποσοστιαία αύξηση ροπής στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένης βύθισης στο μέσον, κατά την αστοχία, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (άοπλη τοιχοποιία), για τα δοκίμια ομάδας Β Συγκριτικό διάγραμμα δυσκαμψίας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Β Συγκριτική αύξηση δυσκαμψίας δοκιμίων ομάδας B, σε σχέση με το δοκίμιο B_Control (άοπλη τοιχοποιία) Συγκριτικό διάγραμμα απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Β Συγκριτικό διάγραμμα αθροιστικής απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Β Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_Control Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_i1M1i Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_1iMi Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_M2ii Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_Mii Συγκεντρωτικά διαγράμματα δύναμης -μετατόπισης δοκιμίων ομάδας C Συγκριτικό διάγραμμα περιβάλλουσων καμπυλών των δοκιμίων της ομάδας C Ροπή στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένη ως προς το μήκος βύθιση στο μέσον, κατά την αστοχία, για τα δοκίμια ομάδας C Ποσοστιαία αύξηση ροπής στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένης βύθισης στο μέσον, κατά την αστοχία, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (άοπλη τοιχοποιία), για τα δοκίμια ομάδας C Συγκριτικό διάγραμμα δυσκαμψίας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας C Συγκριτικό διάγραμμα απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας C Συγκριτικό διάγραμμα αθροιστικής απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας C Γενική μορφή σχέσεων τάσης παραμόρφωσης για τα υλικά του δοκιμίου Ανάλυση διατομής τοιχοποιίας ενισχυμένης με δύο στρώσεις TRM (n = 2) Εξιδανικευμένες καμπύλες τάσης παραμόρφωσης υλικών Σκαρίφημα δοκιμίων ομάδας Α: λεπτομέρειες για την ανάλυση Σκαρίφημα δοκιμίων ομάδας Β: λεπτομέρειες για την ανάλυση Σκαρίφημα δοκιμίων ομάδας C: λεπτομέρειες για την ανάλυση Μεταφορά τάσεων μέσω μηχανισμού λοξού θλιπτήρα σε δοκίμιο τοιχοποιίας υπό πλευρική φόρτιση Μεταφορά τάσεων σε υψίκορμη δοκό μέσω λειτουργίας θόλου 233 xii

13 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας Σελίδα 2.1 Αναλογία κατ όγκον υλικών κονιαμάτων κατά ΕΝ Συγκεντρωτικός πίνακας με κατηγορίες ρωγμών, μορφολογία αυτών και αιτίες πρόκλησής τους Συντελεστής αναγωγής δ για τη θλιπτική αντοχή των λιθοσωμάτων Τιμές του συντελεστή Κ για αργιλικά λιθοσώματα και κονίαμα γενικής εφαρμογής (τμήμα του πίνακα 3.3 του EN ) Τιμές της f vk0 για κονιάματα γενικής εφαρμογής και αργιλικά λιθοσώματα (τμήμα του πίνακα 3.4 του EN ) Συντελεστές a και b για θεωρητικό υπολογισμό μέτρου ελαστικότητας της τοιχοποιίας Ενδεικτικές Ιδιότητες Ινών Μηχανικές ιδιότητες οργανικών (πολυμερικών) ρητινών Τυπικές τιμές για τους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων δομικών υλικών/προϊόντων Υπολογισμός μέσης θλιπτικής αντοχής εξάοπων οπτόπλινθων παράλληλα και κάθετα στις οπές τους Υπολογισμός μέσης εφελκυστικής και θλιπτικής αντοχής κονιάματος δόμησης Θεωρητική θλιπτική αντοχή και μέτρο ελαστικότητας της τοιχοποιίας, με βάση διάφορες σχέσεις της διεθνούς βιβλιογραφίας Πειραματική εύρεση θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας Ορθή παραμόρφωση «διαρροής» τοιχίσκων υπό δοκιμή θλίψης Πειραματική εύρεση μέτρου ελαστικότητας της τοιχοποιίας Θεωρητικός υπολογισμός διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας (τ u ) συναρτήσει της θλιπτικής τάσης (σ) Πειραματική εύρεση διατμητικής αντοχής, παραμόρφωσης αστοχίας και μέτρου διάτμησης της τοιχοποιίας βάσει ASTM E Πειραματική εύρεση διατμητικής αντοχής της τοιχοποιίας βάσει ΕΝ Υπολογισμός μέσης εφελκυστικής και θλιπτικής αντοχής κονιάματος μήτρας του TRM Τιμές τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων κονιάματος μήτρας του TRM, για τον υπολογισμό του μέτρου ελαστικότητάς του Ονοματολογία, περιγραφή και πάχη δοκιμίων για εφελκυσμό του ΙΑΜ Πειραματική τιμή εφελκυστικής αντοχής ΙΑΜ, με 1 ή 2 στρώσεις πλέγματος Μέτρο ελαστικότητας αρηγμάτωτου και ρηγματωμένου ΙΑΜ, με 1 ή 2 στρώσεις πλέγματος Τεχνικά χαρακτηριστικά διογκωμένης πολυστερίνης 132 xiii

14 5.1 Σύγκριση ροπής αντοχής των δοκιμίων ομάδας Α Μέσοι όροι αύξησης αντοχής και ανηγμένης μετατόπισης, για τις διάφορες διατάξεις του μανδύα ενίσχυσης, για τα δοκίμια ομάδας Α Σύγκριση ροπής αντοχής και μέγιστης ανηγμένης βύθισης στο μέσον, των δοκιμίων ομάδας Β Μέσοι όροι αύξησης αντοχής και παραμορφωσιμότητας για τις διάφορες διατάξεις του μανδύα ενίσχυσης, για τα δοκίμιο ομάδας Β Σύγκριση ροπής αντοχής και μέγιστης ανηγμένης βύθισης στο μέσον, των δοκιμίων ομάδας C Μέσοι όροι αύξησης αντοχής και παραμορφωσιμότητας για τις διάφορες διατάξεις του μανδύα ενίσχυσης, για τα δοκίμιο ομάδας C Συγκεντρωτικός πίνακας μηχανικών χαρακτηριστικών υλικών Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Α σε έλεγχο κάμψης Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Α σε έλεγχο διάτμησης Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Β σε έλεγχο κάμψης Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Β σε έλεγχο διάτμησης Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων C σε έλεγχο κάμψης Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων C σε έλεγχο διάτμησης Σύγκριση θεωρητικής και πειραματικής αστοχίας σε κάμψη 230 xiv

15 ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα Σελίδα 1.1 (α) Κατασκευή νέου κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία(β) Ιστορικό κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία (Auditoriumbuilding, Chicago) Βλάβες σε φέρουσα τοιχοποιία λόγω τυχηματικών δράσεων (α) λόγω σεισμού και (β) λόγω καθίζησης Κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία με μορφή θόλου Περιπτώσεις ενισχύσεων σε υπάρχουσες κατασκευές (α) με μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος και (β) με χρήση σύνθετων υλικών Εφαρμογή υλικών τύπου (α) FRPκαι (β) TRM, σε επεμβάσεις δομικού χαρακτήρα Πειραματική διάταξη για την εντός επιπέδου δοκιμή κυκλικής φόρτισης τοιχο-σωμάτων: (α) Papanicolaou et al. (2007), και (β) Papanicolaou et al. (2011) (α) Πειραματική διάταξη για τη δοκιμή κυκλική εκτός επιπέδου φόρτισης τοιχο-σωμάτων (Papanicolaou et al., 2008), (β) αστοχία λόγω βλάβης της τοιχοποιίας σε δοκίμιο ενισχυμένο με μανδύες ΙΑΜ άνθρακα (Papanicolaou et al., 2008) Εφαρμογή θερμομόνωσης στον πυρήνα του τοίχου Εφαρμογή θερμομόνωσης στην εξωτερική παρειά του τοίχου Φυσικοί λίθοι: (α) ακατέργαστοι (β) ημιλαξευμένοι (γ) λαξευμένοι Διάφοροι τύποι τεχνητών λιθοσωμάτων (δομικά, πυρίμαχα, διακοσμητικά, θερμομονωτικά κλπ.) Είδη οπτόπλινθων εμπορίου ανάλογα με τον αριθμό οπών Δρομικοί τοίχοι (α) ορθοδρομικός (β) δρομικός (γ) φωτογραφία δρομικού Μπατικοί τοίχοι (α) δίστρωτος (β) με πλέξη (γ) φωτογραφία μπατικού τοίχου με πλέξη Φωτογραφία υπερμπατικού τοίχου (α) κοίλος τοίχος (β) τοίχος με πυρήνα (γ) φωτογραφία κοίλου τοίχου με θερμομονωτικό υλικό για την πλήρωση του κενού Όψη φέροντος τοίχου και επιμέρους δομικά στοιχεία Τρόποι καταπόνησης στοιχείων φέρουσας τοιχοποιίας λόγω σεισμού Συνήθεις μορφές και θέσεις αστοχίας σε τυπική κατασκευή φέρουσας τοιχοποιίας (άνω) Μετα-αραμιδιακές ίνες Nomex σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. (κάτω) Τομή υψηλής αντοχής κλώνου από ίνες άνθρακα (α) Νήμα από μεταλλική ίνα υάλου, σε κανονικό μέγεθος και ένα μέρος αυτής σε μεγέθυνση. (β) Εικόνες από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που δείχνουν το πλέξιμο χιλιάδων ινών άνθρακα σε νήματα με μια καινούργια μέθοδο. (γ) Νήμα από ίνες άνθρακα με βάση το ρεγιόν. (δ) Νήμα από παρα-αραμίδιο της εταιρείας Taparan. (ε) Νήμα από ίνες υάλου (fiberglass) της εταιρείας DD Fiberglass 70 xv

16 3.3 (α) Ύφασμα από βασάλτη σε μία διεύθυνση (β) Ύφασμα από ίνες άνθρακα με απλή πλέξη (γ) Ύφασμα από ίνες άνθρακα με πλέξη ντιαγκονάλ Πλέγματα ινών δύο διευθύνσεων από γυαλί, άνθρακα και αραμίδιο Πλέγμα ινών δύο διευθύνσεων και δύο επιπέδων οπλισμού Κατασκευή μανδύα από ΙΑΜ με χρήση πλέγματα από άνθρακα και κονίαμα (α) πριν την τοποθέτηση του δεύτερου στρώματος της μήτρας. (β) μετά το πέρας της επικάλυψης (α) Επιπεδωμένα τούβλα για δοκιμή θλίψης (β) πρίσματα κονιάματος δόμησης (α) Υδραυλική πρέσα της RMU δυναμικότητας 1600 kn (β) δοκιμή θλίψης τούβλου παράλληλα στις οπές (γ) δοκιμή θλίψης τούβλου κάθετα στις οπές (α) αστοχία τούβλων Τ1 έως Τ3 σε θλίψη παράλληλα στις οπές (β) αστοχία τούβλων Τ4 έως Τ6 σε θλίψη κάθετα στις οπές (α) Υδραυλική μηχανή θλίψης, εφελκυσμού, κόπωσης, της MTS δυναμικότητας 1600 kn (β) δοκιμή κάμψης τριών σημείων κονιάματος δόμησης (γ) δοκιμή θλίψης κονιάματος δόμησης Δοκιμή θλίψης (α) κάθετα στους αρμούς (β) παράλληλα στους αρμούς (α) Υδραυλική πρέσα δυναμικότητας 4000 kn (β) Αισθητήρας LVDT Θλιπτική αστοχία (α) παράλληλα στους αρμούς (β) κάθετα στους αρμούς Διάταξη δοκιμίου για δοκιμή λοξού εφελκυσμού (α) Προσαρμογή αισθητήρα στο δοκίμιο (β) προσαρμογή εμβόλου στην κορυφή του δοκιμίου Αστοχίες τριών δοκιμίων λόγω λοξού εφελκυσμού(α) ρωγμή που διέρχεται μέσω αρμών μόνο (β) ρωγμή που διέρχεται και μέσω λιθοσωμάτων (γ) ξαφνική κατάρρευση δοκιμίου με την έναρξη της ρωγμής Ενδεικτικά δοκίμια πειραμάτων διάτμησης βάσει προτύπου ΕΝ Τοποθέτηση δοκιμίου «τριπλέτας» στην υδραυλική μηχανή για τη δοκιμή διάτμησης Μηχανισμός επιβολής θλιπτικής τάσης σε δοκίμιο «τριπλέτας» για δοκιμή διάτμησης Μεταλλικές πλάκες έδρασης επιπεδωμένων λιθοσωμάτωνσε δοκίμιο «τριπλέτας» για δοκιμή διάτμησης Μορφές αστοχίας δοκιμίων τύπου «τριπλέτας» σε δοκιμές διάτμησης βάσει του προτύπου ΕΝ (διατμητική αστοχία διεπιφάνειας οπτόπλινθου κονιάματος σε όλες τις περιπτώσεις) Τοποθέτηση μηκυνσιομέτρων σε δοκίμια κονιάματος μήτρας του TRM Υποθετική διατομή δοκιμίου ΙΑΜ Γεωμετρία δοκιμίων άμεσου εφελκυσμού TRM σε σχέδιο 2D και 3D Προετοιμασία μεταλλικής μήτρας και πλέγματος πριν την προσθήκη του κονιάματος (φαίνεται ο αποστάτης που τοποθετήθηκε στην κάτω πλευρά για την εκλέπτυνση του δοκιμίου στο μέσον του) Προσθήκη κονιάματος και αποστάτη στην πάνω πλευρά για εκλέπτυνση του δοκιμίου στο μέσον του 123 xvi

17 4.21 Δοκίμιο έτοιμο για συντήρηση (α) Σχηματική απεικόνιση τοποθέτησης δοκιμίου στις αρπάγες που προσαρμόζονται στην υδραυλική μηχανή εφελκυσμού (β) Τοποθετημένο δοκίμιο στην MTS για τη δοκιμή και τοποθέτηση κάμερας για τη φωτογραμμετρία Σάρωση του κορμού του δοκιμίου (λεπτότερο τμήμα, όπου αναμένονται οι ρηγματώσεις) από κάμερα υψηλής ανάλυσης για μέτρηση παραμορφώσεων με τη μέθοδο της φωτογραμμετρίας Αστοχία δοκιμίων TRM σε δοκιμή άμεσου εφελκυσμού Ομάδες δοκιμίων και διαστάσεις (σε mm) Συμβολισμός υλικών στην απεικόνιση των δοκιμίων Τομές και ονόματα δοκιμίων ομάδας Α (διατμητικά τοιχώματα) Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίων ομάδας Α (διατμητικά τοιχώματα) Τομές και ονόματα δοκιμίων ομάδας B (πεσσοί) Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίων ομάδας Β (πεσσοί) Τομές και ονόματα δοκιμίων ομάδας C (υπέρθυρα) Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίων ομάδας C (υπέρθυρα) Διαδικασία κατασκευής δοκιμίων Εφαρμογή οδοντώσεων στο κονίαμα πριν την τοποθέτηση του πλέγματος Λείανση επιφάνειας του ΙΑΜ μετά την τοποθέτηση του πλέγματος Λεία υπόβαση με κονίαμα για την επικόλληση της θερμομονωτικής πλάκας Οδοντώσεις στο κονίαμα για την επικόλληση της θερμομονωτικής πλάκας Γενική άποψη πειραματικής διάταξης για δοκίμια ομάδας Α (διατμητικό τοίχωμα) Διάταξη τοποθέτησης των δοκιμίων ομάδας Α, σε μεταλλική δοκό U, για την πάκτωση της βάσης της Φωτογραφία διάταξης για την πάκτωση της βάσης των δοκιμίων ομάδας Α Τοποθέτηση μεταλλικών στοιχείων εκατέρωθεν της βάσης των δοκιμίων, για τη σφήνωσή της στο ακλόνητο μεταλλικό υποστύλωμα Όψεις της διάταξης για την προστασία της κοιλοδοκού 2 έναντι ανασήκωσης Μεταλλικές δοκοί στην κορυφή των δοκιμίων ομάδας Α Προσαρμογή αρθρωτής κεφαλής εμβόλου στη μεταλλική δοκό στην κορυφή των δοκιμίων ομάδας Α Διάταξη επιβολής αξονικού φορτίου στα δοκίμια ομάδας Α Οριζόντιοι και κατακόρυφοι αισθητήρες στα δοκίμια ομάδας Α Αφαίρεση θερμομονωτικής πλάκας στη βάση του δοκιμίου και προσθήκη άμμου και ρητίνης για καλύτερη πάκτωση Γενική άποψη πειραματικής διάταξης για δοκίμια τύπου Β (πεσσοί) (α) άρθρωση άνω αριστερά (β) άρθρωση κάτω δεξιά (α) προσαρμογή κεφαλής εμβόλου στην επάνω διατομή του δοκιμίου (β) Σχηματική απεικόνιση προσαρμογής εμβόλου στο δοκίμιο για ανακύκλιση φόρτισης 152 xvii

18 4.51 (άνω) Προσαρμογή εμβόλου μεταξύ κοιλοδοκών (με απλή έδραση) για την εφαρμογή του θλιπτικού φορτίου (κάτω) Σχηματική απεικόνιση (κάτοψη) συστήματος επιβολής αξονικού φορτίου Τοποθέτηση κατακόρυφου αισθητήρα LVDT Γενική άποψη πειραματικής διάταξης για δοκίμια τύπου C (υπέρθυρα) Γενικά στοιχεία πειραματικής διάταξης δοκιμίων Α Διάνοιξη οριζόντιας εφελκυστικής ρωγμής στον οριζόντιο αρμό της τοιχοποιίας πάνω από τη στάθμη πάκτωσης (μέγιστη καταγραφή κατακόρυφου αισθητήρα: 6.9 mm) (α) κάτω αριστερή γωνία δοκιμιου θλιπτική αστοχία τούβλου (β) κάτω δεξιά γωνία δοκιμίου διατμητική ρωγμή λόγω συγκέντρωσης τάσεων Οριζόντια εφελκυστική ρωγμή στη στάθμη πάκτωσης του δοκιμίου A_i1M1i (αποκόλληση οριζόντιου αρμού τοιχοποιίας και θραύση ινών του TRM) Διατομή οριζόντιας ρηγμάτωσης μετά την αφαίρεση του δοκιμίου από τη μηχανή (παρατηρείται θλιπτική αστοχία τοιχοσώματος στην δεξιά πλευρά) Θραύση ινών λόγω εφελκυσμού (α) κάτω αριστερή γωνία δοκιμιου (β) κάτω δεξιά γωνία δοκιμίου Διατομή οριζόντιας ρηγμάτωσης μετά την αφαίρεση του δοκιμίου από τη μηχανή (διακρίνεται ο αρμός της τοιχοποιίας στον οποίο έγινε η αποκόλληση και η εξόλκευση των ινών από την επικάλυψή τους πριν τη θραύση τους) Θλιπτική αστοχίατοιχοποιίας (α) κάτω αριστερή γωνία δοκιμιου (β) κάτω δεξιά γωνία δοκιμίου Θραύση ινών λόγω εφελκυσμού (επήλθε μετά την θλιπτική θραύση τοιχοποιίας) Αστοχία τοιχοποιίας σε θλίψη (οι διατμητικές ρωγμές επήλθαν μετά τη θλιπτική αστοχία των τοιχοσωμάτων και μετά την εφελκυστική θραύση των ινών) Θραύση ινών που επήλθε μετά την θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας Γενικά στοιχεία πειραματικής διάταξης δοκιμίων Β (α) καμπτοδιατμητική ρωγμή κοντά στο μέσον του δοκιμίου (β) θλιπτική αστοχία τοιχοσωμάτων στην πίσω όψη του δοκιμίου Eφελκυστική ρηγμάτωση της μεσαίας διατομής (α) στην άνω περιοχή (β) στην κάτω περιοχή Ρηγματώσεις δοκιμίου B_1iMi (α) ρηγματώσεις και θραύση ινών στη μεσαία διατομή του δοκιμίου (β) εφελκυστική ρηγμάτωση στην άνω περιοχή στο μέσον του δοκιμίου όπου διακρίνεται ότι η τοιχοποιία δεν αστοχεί σε θλίψη Αστοχία μεσαίας διατομής (α) θραύση ινών στο πάνω μέρος (β) θλιπτική αστοχία τούβλων στην πίσω όψη Έναρξη αστοχίας στην κάτω αριστερή στήριξη του δοκιμίου κατά τη διεξαγωγή της δοκιμής Δύο όψεις της μεσαίας διατομής του δοκιμίου (α) Αποκάλυψη ινών του TRMόπου δεν παρατηρείται θραύση αυτών (β) Αστοχία τοιχοποιίας σε θλίψη 187 xviii

19 5.20 Γενικά στοιχεία πειραματικής διάταξης δοκιμίων C Αστοχία στο μέσον του δοκιμίου C_Control Αποκάλυψη μεσαίας διατομής του δοκιμίου μετά τη λήξη του πειράματος (διακρίνονται οι ίνες που έχουν κοπεί στην άνω και την κάτω περιοχή της διατομής) Διάνοιξη ρωγμής λόγω εφελκυσμού και θραύση ινών στο μέσον του δοκιμίου Μεσαία διατομή μετά την αφαίρεση του δοκιμίου από την μηχανή (αποκόπηκε πλήρως η ενίσχυση και η μόνωση με σκοπό να αποκαλυφθεί η κατάσταση της διατομής εσωτερικά, όπου και διαπιστώθηκε ότι δεν υπήρξε θλιπτική αστοχία τοιχοποιίας) (α) Θραύση ινών λόγω εφελκυσμού κοντά στο μέσον του δοκιμίου (μπροστά όψη του δοκιμίου) (β) Καμπτοδιατμητική ρωγμή και θλιπτική αστοχία τοιχοσώματος, που επήλθαν μετά τη θραύση ινών (πίσω όψη του δοκιμίου) Θραύση ινών και εκτός επιπέδου αστοχία του δοκιμίου 206 xix

20 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Γενικά Η τοιχοποιία αποτελεί ένα από τα παλαιότερα δομικά υλικά που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος για την κάλυψη των αναγκών του και χρησιμοποιήθηκε με διάφορους τρόπους. Ακόμη και σήμερα ο ρόλος της σε μια κατασκευή δεν είναι μονοσήμαντος καθώς μπορεί να αποτελεί στοιχείο του φέροντα οργανισμού (φέρουσα τοιχοποιία) ή στοιχεία διαχωρισμού χώρων (τοιχοπληρώσεις), διακοσμητικό στοιχείο κ.λπ. Η φέρουσα τοιχοποιία είναι το αρχαιότερο ίσως δομικό υλικό, το οποίο όμως χρησιμοποιείται μέχρι και σήμερα και οι κατασκευές που έχουν φέροντα οργανισμό από τοιχοποιία είναι πολλές στο αριθμό ενώ συχνά χαρακτηρίζονται και από υψηλή σημαντικότητα λόγω ιστορικών, αρχιτεκτονικών ή άλλων στοιχείων. (α) (β) Εικόνα 1.1 (α) Κατασκευή νέου κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία(β) Ιστορικό κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία (Auditorium building, Chicago) Από τα μεταπολεμικά χρόνια και μετά η τοιχοποιία χρησιμοποιήθηκε κυρίως σαν υλικό πλήρωσης του δομικού σκελετού των κτιρίων καθώς ο φέρων οργανισμός πλέον δομείται από σύγχρονα υλικά (οπλισμένο σκυρόδεμα/χάλυβας). Λόγω της ιστορικότητας και της πολιτιστικής κληρονομιάς που συχνά χαρακτηρίζουν τις κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία, για πολλά

21 - 2 - χρόνια θεωρούνταν αντικείμενο τέχνης και εμπειρίας και όχι επιστήμης. Από τη δεκαετία του 70 και μετά αρχίζει να συγκεντρώνεται επιστημονικό ενδιαφέρον για το υλικό αυτό, που υπαγορεύθηκε κυρίως από την εμφάνιση αναγκών συντήρησης και των παλαιών κατασκευών που αποτελούν μνημεία πολιτισμικής κληρονομιάς, καθώς με την πάροδο των χρόνων πρόχειρες επεμβάσεις που είχαν γίνει στο παρελθόν αποδείχθηκαν αναποτελεσματικές. [1] Επιπλέον, οι ανάγκες επεμβάσεων δεν περιορίζονται μόνο σε προβλήματα στατικότητας ή ύπαρξη βλαβών αλλά και στην επιδιόρθωση άλλων ανεπιθύμητων καταστάσεων όπως προβλήματα υγρασίας, ενεργειακής απόδοσης κλπ., που οφείλονται στις παλαιές πρακτικές κτισίματος των εν λόγω κατασκευών Συνήθη προβλήματα Το βασικότερο χαρακτηριστικό στοιχείο του σχεδιασμού των κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία ήταν η χρήση πολύ μεγάλου πάχους στους φέροντες τοίχους, προσθέτοντας έτσι πολύ μεγάλη μάζα στο κτίριο. Αυτομάτως, λοιπόν, προστίθενται και πολύ μεγάλες αδρανειακές δυνάμεις στην κατασκευή σε περίπτωση διέγερσης (π.χ. σεισμός), οι οποίες ήταν δύσκολο να παραληφθούν αφού αντισεισμικές αναλύσεις δεν γίνονταν. Επιπλέον, η ψαθυρότητα που χαρακτηρίζει το υλικό αυτό καθιστά την συμπεριφορά του εν γένει προβληματική σε ποικίλες μορφές δράσεων. Κατά συνέπεια, οι βλάβες λόγω οριζοντίων ή άλλων δράσεων είναι πολύ συνήθεις στις κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία αφού ο σχεδιασμός έναντι αυτών ήταν ελλιπής ή ανύπαρκτος. (α) (β) Εικόνα 1.2 Βλάβες σε φέρουσα τοιχοποιία λόγω τυχηματικών δράσεων (α) λόγω σεισμού και (β) λόγω καθίζησης

22 - 3 - Παραδοσιακά, η αποφυγή της διείσδυσης του νερού της βροχής ήταν το μοναδικό στοιχείο που καθόριζε τον σχεδιασμό της κατασκευής. Η χρήση του σχήματος θόλου ή αψίδας ήταν ιδιαίτερα συνηθισμένη για το σκοπό αυτό (βλ. εικόνα 1.3), ενώ ταυτόχρονα η στατική λειτουργία αυτής της γεωμετρικής διάταξης (που λειτουργεί στην παραλαβή θλιπτικών κυρίως τάσεων) ενδείκνυται για την φέρουσα τοιχοποιία που χαρακτηρίζεται γενικώς από πολύ υψηλή θλιπτική αντοχή. Εικόνα 1.3 Κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία με μορφή ψευδοθόλου Αλλά και σε μεταγενέστερες περιόδους όπου η τεχνοτροπία κτισίματος διαμορφωνόταν πολύ διαφορετικά ανάλογα με τα δεδομένα της εποχής, η σεισμική τρωτότητα των κτιρίων εξακολούθησε να παραμένει σημαντική. Ωστόσο, η σεισμική επικινδυνότητα και η εκδήλωση βλαβών διαφέρει αρκετά ανάλογα με την εποχή (άρα και την τεχνοτροπία) κτισίματος. Αναμένονται, λοιπόν, διαφορετικές μορφές και θέσεις αστοχίας σε ένα κτίριο πρώιμου κλασικισμού ( ) σε σχέση με ένα κτίριο νεοκλασικιστικό ( ) (για περισσότερες λεπτομέρειες βλ. Καραντώνη Φ.Β. (2012), "Κατασκευές από Τοιχοποιία Σχεδιασμός και Επισκευές (2 η έκδοση)", σελ ). Κατά συνέπεια, η σεισμική επικινδυνότητα των παλαιών κτιρίων όχι μόνο είναι έντονη αλλά και αρκετά ποικιλόμορφη, καθιστώντας ακόμη δυσκολότερη την μελέτη της. Ένα άλλο σύνηθες πρόβλημα των παλαιών κατασκευών αφορά την ενεργειακή τους απόδοση. Η ικανότητα των τοίχων μεγάλου πάχους να αποθηκεύουν ενέργεια (υψηλή θερμοχωρητικότητα) αποτελεί ένα μέσο «ελέγχου» της ροής ενέργειας από και προς το κτίριο. Η απορρόφηση της ηλιακής θερμότητας την ημέρα που εκπέμπεται από τους τοίχους τις νυχτερινές ώρες αποσβένει τις μεγάλες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ημέρας,

23 - 4 - αυξάνοντας έτσι τη θερμική άνεση των ενοίκων, χωρίς να απαιτούνται ειδικές θερμομονωτικές επικαλύψεις σαν τις σημερινές. Ωστόσο, οι σύγχρονες απαιτήσεις των κανονισμών ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων καθιστούν τα πάχη αυτά ανεπαρκή από άποψη θερμοπερατότητας, με αποτέλεσμα να απαιτούνται σχετικές επεμβάσεις. Το μεγάλο πάχος των τοίχων, επηρεάζει, επίσης, τη ροή του αέρα στο κτίριο η οποία έμοιαζε ικανοποιητική σε σχέση με την κακής ποιότητας αερο-στεγανότητα των κουφωμάτων. Στην πραγματικότητα όμως η διαπερατότητα των τοίχων από αέρα και νερό είναι σημαντικά μεγάλη, παρόλο που ποικίλει ανάλογα με τον τρόπο κατασκευής του τοίχου (αργολιθοδομή ή οπτοπλινθοδομή, χρήση συνδετικού κονιάματος, ύπαρξη επιχρίσματος κλπ.). Η μεγάλη διαπερατότητα από αέρα μειώνει ακόμη περισσότερο την θερμομονωτική ικανότητα του τοίχου ενώ η διαπερατότητα από νερό δημιουργεί πολλά προβλήματα υγρασίας. Μάλιστα τα φαινόμενα αυτά εμφανίζουν προβλήματα και συνδυαστικά, με την διείσδυση υδρατμών που συμπυκνώνονται στον τοίχο ή άμεση διείσδυση νερού το οποίο μπορεί να παγώσει κατά τους χειμερινούς μήνες και η διόγκωση του πάγου να αποτινάξει επικαλύψεις και να προκαλέσει ποικίλες βλάβες. Επιπλέον, αυτό το μεγάλο πάχος των τοίχων επέφερε το μειονέκτημα της απαίτησης τεράστιας ποσότητας υλικών και πολλών εργατοωρών για την κατασκευή, σε συνδυασμό με την μεγάλη απώλεια ωφέλιμου χώρου [2]. Κατά συνέπεια, η φέρουσα τοιχοποιία συνιστά ένα υλικό που χρήζει έντονης προσοχής από πλευράς πολιτικού μηχανικού καθώς μπορεί να αποτελέσει βασικό στοιχείο πολλών και σημαντικών έργων καθώς η χρήση της σχετίζεται με προβλήματα στατικά/δυναμικά, ενεργειακά, λειτουργικά και χρηματοοικονομικά. Ωστόσο, η ύπαρξη τέτοιων προβλημάτων δεν καθιστά την φέρουσα τοιχοποιία ως ένα υλικό ακατάλληλο για δόμηση. Ένα νέο κτίριο με οργανισμό φέρουσας τοιχοποιίας (το οποίο έχει εν γένει πολύ λεπτότερους τοίχους από τα παλιά λίθινα) μπορεί κάλλιστα, με σωστή μελέτη εξαρχής, να μην παρουσιάσει κανένα από τα προβλήματα αυτά, τα οποία οφείλονται κυρίως στην παλαιότητα των εν λόγω κατασκευών και στην σχετική έλλειψη γνώσης της εποχής. Άλλωστε παρόμοια προβλήματα εντοπίζονται σε παλαιές κατασκευές και από οποιοδήποτε άλλο υλικό.

24 ΕΝΙΣΧΥΣΕΙΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ Γενικά Η ανάγκη για την ασφαλή λειτουργία μιας κατασκευής, ιδίως αν επρόκειτο για παλαιά κατασκευή και μάλιστα σε μια περιοχή υψηλής σεισμικής επικινδυνότητας, καθιστά την ενίσχυση του φέροντα οργανισμού απαραίτητη προϋπόθεση για την χρήση της. Στην Ελλάδα οι ανάγκες για ενίσχυση υφιστάμενων κατασκευών είναι ιδιαίτερα υψηλές καθώς υπάρχει πληθώρα παλαιών κατασκευών, είτε φέρουσας τοιχοποιίας είτε οπλισμένου σκυροδέματος, αφού υπήρξε τεράστια ανοικοδόμηση του Ελλαδικού χώρου, ιδίως κατά τις δεκαετίες του 60 και του 70 με κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος. Με δεδομένο ότι ο πρώτος αντισεισμικός κανονισμός της χώρας είναι το σχετικό Βασιλικό Διάταγμα του 1959, αντιλαμβάνεται κανείς ότι σχεδόν όλες οι προγενέστερες κατασκευές έχουν μελετηθεί/κατασκευασθεί χωρίς πρόβλεψη για ανάληψη οριζόντιων φορτίων λόγω σεισμικών δράσεων. Αλλά και οι μεταγενέστερες κατασκευές παρουσιάζουν σημαντικές ανεπάρκειες αφού όπως διαπιστώθηκε αργότερα τόσο ο κανονισμός του 1959 όσο και οι μεταγενέστεροι (μέχρι πριν τον ΕΑΚ2003) παρουσίαζαν ελλείψεις και ατέλειες (π.χ. χαμηλοί συντελεστές σεισμικής επικινδυνότητας ανά περιοχές, ελλιπείς διατάξεις επίτευξης πλαστιμότητας κλπ.). Αυτό καθιστά εξ ορισμού πιθανώς ανεπαρκείς όλες τις κατασκευές περίπου πριν το 2000, εφόσον η κατασκευή τους βασίστηκε σε μελέτη με ανεπαρκή κανονισμό, χωρίς καν να διαπιστωθεί εάν εφαρμόστηκε σωστά η εν λόγω μελέτη. Εκτός από την παλαιότητα μιας κατασκευής (που συνεπάγεται ελλιπή μελέτη ή κακή εφαρμογή αυτής), μπορεί να συντρέχουν κι άλλοι λόγοι για την ανάγκη ενίσχυσής της, όπως ύπαρξη βλαβών ή φθορών από προγενέστερες καταπονήσεις (σεισμοί, κόπωση, ερπυσμός, περιβαλλοντικές μηχανικές ή χημικές φθορές κλπ.), η αλλαγή χρήσης της κατασκευής ή μέρους αυτής κλπ. Τελικώς, συνάγεται ότι, οι ανάγκες για δομική ενίσχυση μιας κατασκευής στην Ελλάδα είναι ιδιαίτερα συνήθεις.

25 - 6 - (α) (β) Εικόνα 1.4 Περιπτώσεις ενισχύσεων σε υπάρχουσες κατασκευές (α) με μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος και (β) με χρήση σύνθετων υλικών Η διαδικασία της δομικής ενίσχυσης μιας κατασκευής είναι ιδιαίτερα περίπλοκη καθώς περιλαμβάνει πολλά στάδια μελέτης και τη λήψη αποφάσεων που επηρεάζονται από την κρίση και την εμπειρία του μηχανικού αλλά και από την οικονομική δυνατότητα του κυρίου του έργου. Πρωτεύον στάδιο είναι η αποτίμηση φέρουσας ικανότητας της κατασκευής η οποία είναι, επίσης, μια διαδικασία υψηλών απαιτήσεων, οι λεπτομέρειες της οποίας ξεφεύγουν από τους στόχους της παρούσας εργασίας. Στη συνέχεια, αναλόγως των αποτελεσμάτων της αποτίμησης, ο μηχανικός πρέπει να κάνει κάποιες επιλογές όσον αφορά τον τρόπο που θα επιτευχθεί η ενίσχυση φέρουσας ικανότητας της κατασκευής, οι οποίες αφορούν τα εξής: σε ποια στοιχεία του φέροντα οργανισμού θα γίνει η επέμβαση (δοκούς, υποστυλώματα, τοίχοι πλήρωσης, πλαίσια κ.λπ.) τι είδους επέμβαση θα είναι (αύξηση αντοχής στοιχείου, αύξηση πλαστιμότητας, αλλαγή δομικού συστήματος κ.λπ.) τι υλικά θα χρησιμοποιηθούν στις επεμβάσεις (σκυρόδεμα, χάλυβας, σύνθετα υλικά κ.λπ.) και σε τι ποσότητες πώς θα υλοποιηθεί η μελέτη αυτή στην πράξη και με τι συνολικό κόστος. Επομένως, γίνεται αντιληπτό ότι η δυσκολία μιας τέτοιας μελέτης καθώς και η πληθώρα των επιλογών επέμβασης καθιστούν την ενίσχυση μια κατασκευής ένα αντικείμενο που απαιτεί ειδικές γνώσεις και μεγάλη εμπειρία.

26 Χρήση σύνθετων υλικών σε ενισχύσεις FRP ή TRM Τα σύνθετα υλικά προσφέρουν μια ποικιλία ιδιοτήτων και πλεονεκτημάτων στις κατασκευές που είναι αδύνατο για τα παραδοσιακά υλικά να τα φτάσουν, όπως: Οι νέες αισθητικές δυνατότητες και η ικανότητα να πλαστούν πολύπλοκες, ρευστές και δημιουργικές φόρμες Η ικανότητα να ενσωματώνουν ειδικές επικαλύψεις επιφανειών Η εξαιρετικά σημαντική εξοικονόμηση σε βάρος (συνήθως μέχρι 15%) Η υψηλή ανθεκτικότητα με μειωμένο κόστος ζωής και μικρότερη φθορά Η ταχεία εγκατάσταση που εξοικονομεί χρόνο και κόστος στο εργοτάξιο Έτσι, λοιπόν, τα τελευταία χρόνια η χρήση τους σε περιπτώσεις ενισχύσεων υφιστάμενων κατασκευών είναι ιδιαίτερα αυξημένη. Οι δύο βασικές κατηγορίες σύνθετων υλικών είναι τα ινοπλισμένα πολυμερή (ΙΟΠ ή FRP Fiber Reinforced Polymers) που χρησιμοποιούν κυρίως εποξειδικές ρητίνες ως συγκολλητικό υλικό και τα ινοπλισμένα κονιάματα ή Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ ή TRM Textile Reinforced Mortars) που χρησιμοποιούν σαν συγκολλητικό υλικό κάποια ανόργανη μήτρα (συνήθως κονίαμα με βάση το τσιμέντο). Λεπτομέρειες για τη σύσταση των υλικών αυτών δίνονται στο Κεφάλαιο 3. (α) (β) Εικόνα 1.5 Εφαρμογή υλικών τύπου (α) FRP και (β) TRM, σε επεμβάσεις δομικού χαρακτήρα

27 - 8 - Αν και η πρώτη κατηγορία υλικών (FRP) είναι πιο ευρέως διαδεδομένη τα τελευταία 25 περίπου χρόνια όπου άρχισε να χρησιμοποιείται η τεχνική αυτή λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων που παρέχει, έχει και κάποιες αδυναμίες σε σχέση με τα TRM, που οφείλονται κυρίως στη χρήση των ρητινών. Μειονεκτήματα των FRP έναντι των TRM: Υψηλό κόστος ρητινών σε σχέση με τα κονιάματα [3] Παρεμπόδιση «αερισμού» των στοιχείων που έχουν καλυφθεί με ρητίνη καθώς και εγκλωβισμός της υπάρχουσας υγρασίας στην αρχική διατομή [3] Αδυναμία εφαρμογής υλικών FRP σε υγρές επιφάνειες ή χαμηλές θερμοκρασίες [3], Κακή συμπεριφορά ρητινών σε υψηλές θερμοκρασίες [4] Θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης ο C [5] Ασυμβατότητα ορισμένων ρητινών με πιθανά υλικά υποστρώματος (π.χ. άργιλος) [4] Η δυσκολία διεξαγωγής μη καταστροφικής αποτίμησης πιθανών βλαβών πίσω από τους εν λόγω μανδύες ΙΟΠ μετά από σεισμούς [4] Η απαίτηση πιο εξειδικευμένου προσωπικού για την εφαρμογή των ινοπλισμένων πολυμερών σε αντίθεση με τα ινοπλέγματα σε ανόργανη μήτρα, καθώς το υπάρχον τεχνικό προσωπικό είναι ιδιαίτερα εξοικειωμένο με τη χρήση κονιαμάτων. Αυτοί, λοιπόν, είναι και οι λόγοι που μπορεί να καταστήσουν την εφαρμογή του υλικού τύπου TRM προτιμότερη από αυτή του FRP, σε κάποια περίπτωση επέμβασης/ενίσχυσης μιας κατασκευής. Η χρήση των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας υστερεί έναντι των ινοπλισμένων πολυμερών στα εξής: Μειονεκτήματα των TRM έναντι των FRP: Ταχύτερη πήξη της εποξειδικής ρητίνης σε σχέση με το κονίαμα, χωρίς ωστόσο αυτό να σημαίνει ταχύτερη εφαρμογή της επέμβασης Οι ρητίνες εξασφαλίζουν καλύτερη συνεργασία με τις ίνες άρα τα ινοπλισμένα πολυμερή παρουσιάζουν πιο προβλέψιμη μηχανική συμπεριφορά. Αντιθέτως, τα σύνθετα υλικά ανόργανης μήτρας δεν εξασφαλίζουν τόσο καλή μονολιθική σύνδεση. Ταυτόχρονα απαιτούνται περισσότερες στρώσεις πλέγματος για να επιτευχθεί η ίδια αποδοτικότητα

28 - 9 - (αντοχή) με τα ινοπλισμένα πολυμερή, μιας και η απόσταση των ινών είναι αρκετά μεγαλύτερη. Αυτό όμως δεν συνεπάγεται ακριβότερη επέμβαση αφού όπως προαναφέρθηκε το κόστος των ρητινών είναι αρκετά υψηλότερο από του κονιάματος. Συνεπάγεται όμως προσθήκη περισσότερου υλικού στο υπάρχον δομικό στοιχείο δηλαδή λίγο μεγαλύτερη αύξηση της μάζας με την επέμβαση αυτή σε αντίθεση με τις ελαφρύτερες επεμβάσεις που προσφέρουν τα FRP. Βέβαια σε σχέση με άλλες μεθόδους όπως στρώσεις ή μανδύες οπλισμένου σκυροδέματος, η επέμβαση με τη χρήση των TRM εξακολουθεί να είναι πολύ ελαφρύτερη από θέμα πρόσθετης μάζας. Δεν μπορούν να εφαρμοστούν σε εγκοπές στα υπάρχοντα δομικά στοιχεία (π.χ. για ενίσχυση σε κάμψη) επομένως είναι αναγκαία η αύξηση της διατομής του υπάρχοντος δομικού στοιχείου, πράγμα που με τα FRP μπορεί και να αποφευχθεί. Γενικά όμως το πάχος των μανδυών είναι εξαιρετικά μικρό. Χρήσεις των ΤRM: Η χρήση των TRM μπορεί να προσφέρει λύσεις σε πληθώρα δομικών επεμβάσεων όπως αύξηση αντοχής μέλους σε κάμψη ή/και διάτμηση ή αύξηση τοπικής πλαστιμότητας. Ο τρόπος λειτουργίας των υλικών αυτών σε θέματα ενισχύσεων έγκειται στην πολύ μεγάλη εφελκυστική αντοχή των ινών του πλέγματος ενώ κρίσιμης σημασίας είναι το θέμα της σύνδεσης του πλέγματος με το προς ενίσχυση μέλος, μέσω του συνδετικού κονιάματος. Tα πλέγματα ινών που χρησιμοποιούνται για τα TRM διαθέτουν διάταξη ινών σε τουλάχιστον δύο διευθύνσεις (κάθετες μεταξύ τους), επομένως η χρήση τους ενδείκνυται περισσότερο σε επιφανειακά στοιχεία, χωρίς αυτό να είναι κανόνας που περιορίζει τη χρήση τους και σε γραμμικά στοιχεία ή την χρήση ινοπλισμένου κονιάματος με ίνες σε μία μόνο διεύθυνση. Ωστόσο, η υπάρχουσα βιβλιογραφία υποδεικνύει τη χρήση πλεγμάτων με βρογχίδες σε τουλάχιστον δύο διευθύνσεις, καθώς με ίνες σε μία μόνο διεύθυνση δεν επιτυγχάνεται καλή συνεργασία πλέγματος και κονιάματος λόγω της κοκκομετρίας του κονιάματος. Αντιθέτως, η ύπαρξη ινών σε δύο ή περισσότερες διευθύνσεις εξασφαλίζει καλή συνεργασία ινών μητρικού υλικού κυρίως μέσω μηχανικής εμπλοκής του κονιάματος στα κενά μεταξύ των δεσμών.

29 Ενισχύσεις κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία Όπως αναφέρθηκε ήδη στην παράγραφο της παρούσας εργασίας, τα υφιστάμενα κτίρια φέρουσας τοιχοποιίας παρουσιάζουν πολλές κατασκευαστικές «αδυναμίες» για αυτό και τα περισσότερα χρήζουν ενισχύσεων. Οι μέθοδοι που έχουν αναπτυχθεί για την άρση των δομικών προβλημάτων των εν λόγω κτιρίων είναι πολλές και όπως είναι φυσικό ενδείκνυται διαφορετική μέθοδος για την αντιμετώπιση διαφορετικού προβλήματος. Επομένως, η επιλογή της σωστής μεθόδου έχει να κάνει με τις ιδιαιτερότητες κάθε κατασκευής ξεχωριστά όπως: Ύπαρξη ή όχι βλαβών Είδος δομικής ατέλειας και αναμενόμενης βλάβης σε περίπτωση σεισμού Ιστορικός χαρακτήρας κτιρίου (ανάγκη αναστρεψιμότητας ή μη της μεθόδου, διατήρηση αρχιτεκτονικής αξίας) Μεταγενέστερη χρήση του κτιρίου κ.λπ. Έτσι ποικίλουν και τα μέτρα που αναπτύχθηκαν για την βελτίωση της απόκρισης των κατασκευών και διακρίνονται σε: Μέτρα ενίσχυσης τοίχων Μέτρα σύνδεσης τοίχων, αγκύρωσης και αύξησης δυσκαμψίας των πατωμάτων Μέτρα βελτίωσης της κατανομής των φερόντων στοιχείων της κάτοψης Μέτρα βελτίωσης της ευστάθειας άλλων φερόντων και μη φερόντων στοιχείων και ενίσχυσης των θεμελίων Οι κυριότερες μέθοδοι ενισχύσεων και επισκευών που χρησιμοποιούνται μέχρι σήμερα και τα κυριότερα πλεονεκτήματα (+) και μειονεκτήματά (-) τους είναι τα ακόλουθα: Αρμολόγημα. Βελτίωση της ποιότητας των αρμών που συνεπάγεται καλύτερη συνεργασία λιθοσωμάτων και κονιάματος, άρα αύξηση αντοχής του τοίχου. (+) διατήρηση (και βελτίωση) της υπάρχουσας εικόνας του τοίχου και κατ επέκταση του κτιρίου (-) σχετικά μικρή βελτίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών Ριζοοπλισμοί. Τοποθέτηση οπλισμών χάλυβα στο σώμα της τοιχοποιίας υπό κανονικές ή και «τυχαίες» διευθύνσεις ώστε να αυξηθεί η αντίσταση της τοιχοποιίας έναντι εφελκυστικών και

30 διατμητικών δυνάμεων και να επιτευχθεί καλύτερη σύνδεση μεταξύ χαλαρών τμημάτων στο σώμα της τοιχοποιίας. (+) διατήρηση της υπάρχουσας εικόνας του τοίχου και κατ επέκταση του κτιρίου Μερικώς αναστρέψιμη μέθοδος (-) χρονοβόρα διαδικασία Αδύνατος υπολογισμός βελτίωσης των μηχανικών χαρακτηριστικών Εκτοξευόμενο σκυρόδεμα. Κατασκευή μανδυών οπλισμένου σκυροδέματος (μονόπλευρων ή αμφίπλευρων) με σκοπό την αύξηση του πάχους, της δυσκαμψίας και εν γένει την σημαντικότατη βελτίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών και της αντοχής του υπάρχοντος τοίχου. (+) τεράστια βελτίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών (-) περαιτέρω αύξηση του ήδη μεγάλου πάχους των φερόντων τοίχων (απώλεια ωφέλιμου χώρου) Μη αναστρέψιμη μέθοδος Ακριβή μέθοδος Ανάγκη εξειδικευμένου συνεργείου και εξοπλισμού για την εφαρμογή της Ενέσεις ή εμποτισμοί. Εισαγωγή ρητίνης ή κονιάματος στο σώμα του τοίχου με σκοπό την πλήρωση κενών και τη βελτίωση της ποιότητας του συνδετικού κονιάματος. (+) ικανοποιητική αύξηση αντοχής Διατήρηση της υπάρχουσας εικόνας του τοίχου και κατ επέκταση του κτιρίου (-) μη αναστρέψιμη μέθοδος Χρονοβόρα διαδικασία Συρραφή ρωγμών. Μερική καθαίρεση υλικών εκατέρωθεν της ρωγμής, προσθήκη νέων λίθων ή τσιμεντοκονιάματος σε συνδυασμό με μεταλλικούς συνδέσμους. (+) σημαντική βελτίωση της προϋπάρχουσας κατάστασης Σχετικά μικρό κόστος επέμβασης (-) χρονοβόρα διαδικασία σχετικά με το εύρος εφαρμογής της Μη αναστρέψιμη επέμβαση Χρήση ελκυστήρων ή τενόντων προέντασης. Συνδέονται τμήματα της κατασκευής με χαλύβδινους, συνήθως, τένοντες με τρόπο τέτοιο ώστε τα νέα αυτά στοιχεία να παραλάβουν

31 εφελκυστικές δυνάμεις, προκαλώντας αλλαγή στο στατικό σύστημα της κατασκευής (ή μιας περιοχής της) ελαφρύνοντας στοιχεία της τοιχοποιίας από υψηλές τάσεις. (+) μικρής έκτασης επέμβαση με σημαντική βελτίωση της απόκρισης ανά περιπτώσεις Αναστρέψιμη μέθοδος Σχετικά μικρό κόστος (-) δυσκολία εφαρμογής Συχνή αισθητική υποβάθμιση της κατασκευής Αποκατάσταση γωνίας τοίχων. Μερική κατάρρευση τοίχων σε γωνία του κτιρίου ή αποκόλληση δύο κάθετων μεταξύ τους τοίχων αποκαθίσταται με απομάκρυνση του σαθρού υλικού από την εν λόγω περιοχή και αποκατάσταση με εξολοκλήρου ίδια (ή παρόμοια) υλικά ή και με χύτευση υποστυλώματος στη γωνία. Μπορεί επίσης να συνδυαστεί με τη διαδικασία της συρραφής που περιεγράφηκε παραπάνω. (+) αποτελεσματικότατη αποκατάσταση βλάβης Βελτίωση απόκρισης της συγκεκριμένης περιοχής λόγω καλύτερης συνεργασίας τοίχων (-) ακριβή μέθοδος Μη αναστρέψιμη σε περίπτωση χύτευσης υποστυλώματος Εξωτερική περίσφιξη ή συρραφή με μεταλλικές λάμες. Προστίθενται περιμετρικά ή και εσωτερικά της κατασκευής, μεταλλικές λάμες που εξασφαλίζουν τη συνεργασία των τοίχων και την αποφυγή της αποκόλλησής τους σε περίπτωση σεισμού. (+) σχετικά εύκολη εφαρμογή Αναστρέψιμη μέθοδος Επίτευξη λειτουργίας ελκυστήρα ή/και συρραφής ή/και περίσφιγξης Μικρής έκτασης επέμβαση σχετικά με την βελτίωση της απόκρισης που προσφέρει (-) πιθανή αισθητική υποβάθμιση της κατασκευής Κατασκευή οριζοντίου διαζώματος ή πλάκας οπλισμένου σκυροδέματος στις στάθμες των ορόφων. Η κατασκευή περιμετρικού διαζώματος (συνάζ) και ακόμη περισσότερο η αντικατάσταση των παλαιών ξύλινων πατωμάτων με πλάκα οπλισμένου σκυροδέματος εξασφαλίζουν την καλύτερη σύνδεση των τοίχων και την βελτιωμένη απόκριση της κατασκευής λόγω ύπαρξης πλέον οριζοντίου διαφράγματος. Αυτό αποφέρει μείωση κυρίων τάσεων της τάξεως του 50% ή και παραπάνω. Η επέμβαση αυτή μπορεί να επεκταθεί και σε πολύ πιο καθολική αλλαγή του φορέα αν κατασκευασθούν και κατακόρυφα διαζώματα.

32 (+) τεράστια βελτίωση της απόκρισης της κατασκευής (-) ακριβή μέθοδος Μη αναστρέψιμη Δύσκολη και χρονοβόρα κατασκευαστικά Χρήση σύνθετων υλικών για την αύξηση της καμπτικής ή/και της διατμητικής αντοχής των τοίχων. Η προσθήκη σύνθετων υλικών υπό μορφή ράβδων ή ελασμάτων ή υφασμάτων στην επιφάνεια των φερόντων τοίχων μπορεί να προσφέρει αύξηση της διατμητικής και της καμπτικής αντοχής τους χωρίς την μεταβολή της μάζας και της δυσκαμψίας τους (δεν αλλάζει το στατικό σύστημα της κατασκευής). (+) πληθώρα υλικών και δυνατών διατάξεων για την επίτευξη του επιθυμητού σκοπού Σημαντική βελτίωση των μηχανικών χαρακτηριστικών με μικρής έκτασης επέμβαση Ευκολία εφαρμογής των σύνθετων υλικών Υψηλή ανθεκτικότητα στο χρόνο και τη διάβρωση (-) μη αναστρέψιμη μέθοδος Υψηλό κόστος υλικών Πιθανή αισθητική υποβάθμιση της κατασκευής Η βιβλιογραφία και οι πραγματικές εφαρμογές των παραπάνω μεθόδων είναι εκτενέστατη και γνωστή σε όλους τους μηχανικούς που ασχολούνται με ενισχύσεις σε φέρουσα τοιχοποιία. Πρόκειται για μεθόδους που χρησιμοποιούνται στην πράξη εδώ και αρκετά έως πολλά χρόνια και όπως σε όλα τα προβλήματα του πολιτικού μηχανικού δεν υπάρχει μονοσήμαντη απάντηση, επομένως δεν υπάρχει καλύτερη ή χειρότερη μέθοδος, αλλά εξαρτάται πάντοτε από τις ειδικές συνθήκες του εκάστοτε έργου. Συνεπώς, η επιλογή κάποιας εκ των ανωτέρω μεθόδων, όπως και άλλες παράμετροι (π.χ. η ποιότητα εφαρμογής της κάθε τεχνικής, ο τρόπος ανάλυσης και διαστασιολόγησης κάθε επέμβασης κ.λπ.), επαφίεται κάθε φορά στην εμπειρία του μηχανικού. Ελλείψει σχετικού κανονιστικού πλαισίου, η επεμβάσεις σε κατασκευές από τοιχοποιία αποτελεί έναν καθαρά εμπειρικό κλάδο στον τομέα του δομοστατικού μηχανικού.

33 Βιβλιογραφική ανασκόπηση ερευνητικών εργασιών για ενισχύσεις με TRM Γενικά Στην παρούσα ενότητα πραγματοποιείται μία σύντομη επισκόπηση των πειραματικών εφαρμογών για την ενίσχυση στοιχείων είτε ΟΣ είτε τοιχοποιίας με Iνοπλέγματα σε Aνόργανη Mήτρα. H έρευνα που έχει πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα θεωρείται σχετικά περιορισμένη. Παρά το γεγονός αυτό, το εύρος των πειραματικών εφαρμογών είναι μεγάλο και σε όλες τις περιπτώσεις έχει αποδειχθεί η καλή έως εξαιρετική αποδοτικότητα των ενισχύσεων με ΙΑΜ. Σημαντική έρευνα έχει πραγματοποιηθεί σε επίπεδο μηχανικής συμπεριφοράς των ΙΑΜ ως σύνθετου υλικού αλλά και σε επίπεδο συνάφειας των ΙΑΜ με το σκυρόδεμα. Το γενικό συμπέρασμα που προκύπτει από τις σχετικά περιορισμένες σε αριθμό εργασίες που περιγράφονται στη συνέχεια είναι η θετική συνεισφορά των ΙΑΜ στην ενίσχυση στοιχείων ΟΣ και τοιχοποιίας. Πιο συγκεκριμένα, στο σύνολο των εργασιών επιτυγχάνεται είτε η αύξηση της αντοχής είτε η αύξηση της παραμορφωσιμότητας των υπό ενίσχυση στοιχείων. Συνεπώς, τα ΙΑΜ μπορούν να θεωρηθούν ως ένα σύνθετο υλικό ανταγωνιστικό παρόμοιων υλικών, όπως είναι τα ΙΟΠ. Σε κάθε περίπτωση απαιτείται πιο συστηματική έρευνα σε όλες τις εφαρμογές, ώστε να γίνουν πολύ καλύτερα κατανοητοί οι μηχανισμοί ανάληψης δυνάμεων από τα ΙΑΜ αλλά και να καλλιεργηθεί το έδαφος μέσω του οποίου θα καρποφορήσουν αξιόπιστες διαδικασίες σχεδιασμού Ενίσχυση στοιχείων σκυροδέματος Οι πρώτες εργασίες όπου ινοπλέγματα συνδυάστηκαν με κονιάματα για την ενίσχυση δομικών στοιχείων οπλισμένου σκυροδέματος ήταν αυτές των Kurtz S., Balaguru P. (2001), Wiberg A. (2003), Toutanji H., Deng Y. M. (2003), Curbach & Brueckner (2003) και Curbach & Ortlepp (2003). Στις εργασίες αυτές γίνονται μελέτες συνάφειας ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας σκυροδέματος και παρουσιάζονται αποτελέσματα δοκιμών κάμψης και διάτμησης επί δοκών ενισχυμένων με υαλοπλέγματα ή πλέγματα άνθρακα σε τσιμεντοκονίαμα. Στις εργασίες των Triantafillou & Papanicolaou (2005), Triantafillou et al. (2006) και Triantafillou & Papanicolaou (2006) παρουσιάζονται αποτελέσματα για τη χρήση ινοπλεγμάτων σε ανόργανη

34 μήτρα με στόχο την περίσφιγξη σκυροδέματος, την αύξηση πλαστιμότητας στα άκρα υποστυλωμάτων, την ενίσχυση δοκών έναντι κάμψης και την ενίσχυση έναντι τέμνουσας, ενώ γίνονται συγκρίσεις με τη χρήση ισοδύναμων μανδυών ινοπλισμένων πολυμερών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η τεχνική αυτή είναι εξαιρετικά αποτελεσματική και άμεσα συγκρίσιμη με αυτή των ΙΟΠ. Άλλες σημαντικές εργασίες είναι και οι εξής: Περίσφιγξη στοιχείων ΟΣ για την αύξηση της αντοχής και της ικανότητας παραμόρφωσης (Bournas et al. 2007, Ortlepp et al. 2009, Ombres 2014). Περίσφιγξη υποστυλωμάτων ΟΣ στις κρίσιμες περιοχές για την αύξηση της μειωμένης ικανότητας παραμόρφωσής τους που οφείλεται είτε σε λυγισμό των διαμήκων ράβδων οπλισμού (ανεπαρκείς λεπτομέρειες όπλισης) είτε σε ανεπαρκή μήκη μάτισης των διαμήκων ράβδων οπλισμών (Bournas et al., 2009). Καμπτική ενίσχυση είτε δοκών είτε πλακών ΟΣ (Bruckner et al. 2006, Papanicolaou et al. 2009, D Ambrisi and Focacci 2011, Elsanadedy et al. 2013, Loreto et al. 2014). Ενίσχυση κόμβων δοκού-υποστυλώματος ΟΣ (Αl-Salloum et al., 2011). Ενίσχυση σε τέμνουσα δοκών ΟΣ (Bruckner et al. 2006, Al-Salloum et al. 2012, Azam and Soudki 2014, Tzoura and Triantafillou 2014). Η μελέτη της αποδοτικότητας της περίσφιγξης στοιχείων ΟΣ με ΙΑΜ έδωσε τα παρακάτω γενικά συμπεράσματα: (α) η περίσφιγξη μέσω ΙΑΜ αυξάνει σημαντικά τη θλιπτική αντοχή αλλά και την παραμορφωσιμότητα των στοιχείων (β) η αποδοτικότητα των ΙΑΜ έναντι των ΙΟΠ υπερέχει τόσο στη θλιπτική αντοχή όσο και στην παραμόρφωσης αστοχίας (γ) όσο μια διατομή από τετραγωνική προσεγγίζει την κυκλική, αυξάνεται γεωμετρικά η αποδοτικότητα των μανδυών ΙΑΜ σε όρους αύξησης της θλιπτικής αντοχής (δ) συγκριτικά με τους μανδύες ΙΟΠ, οι μανδύες ΙΑΜ παρουσιάζουν ελαφρώς μειωμένη αποδοτικότητα για μικρό μήκος μάτισης, αλλά ίση αποδοτικότητα για μεγαλύτερο μήκος. Στις εργασίες ελέγχου αποδοτικότητας της καμπτικής ενίσχυσης σημειώθηκε αύξηση της καμπτικής αντοχής των στοιχείων ΟΣ, που ποικίλει ανάλογα με το ποσοστό οπλισμού της ενίσχυσης. Οι μελέτες ενίσχυσης κόμβων-δοκού υποστυλώματος με ΙΑΜ κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι μανδύες ΙΑΜ αυξάνουν ελαφρώς την αντοχή του συστήματος δοκού-υποστυλώματος.

35 Όπως και στην περίπτωση των ενισχύσεων σε κάμψη δοκών/πλακών με ΙΑΜ, έτσι και στην περίπτωση της ενίσχυσης σε τέμνουσα δοκών ΟΣ με μανδύες ΙΑΜ, προέκυψαν τα παρακάτω συμπεράσματα: (α) αύξηση της αντοχής σε τέμνουσα σε σχέση με μη-ενισχυμένα δοκίμια (β) με αύξηση του αριθμού των στρώσεων παρατηρείται μη-αναλογική αύξηση της αντοχής σε τέμνουσα. Η διερεύνηση της μηχανικής αγκύρωσης μανδυών ΙΑΜ σε πλακοδοκούς ΟΣ κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η αγκύρωση του μανδύα ΙΑΜ μπορεί να αυξήσει πάρα πολύ την αποδοτικότητά του, ενώ η σύγκριση μανδυών ΙΑΜ με μανδύες ΙΟΠ οδήγησε στο συμπέρασμα ότι οι πρώτοι είναι κατά 50% περίπου μειωμένης αποδοτικότητας στην περίπτωση που δεν είναι αγκυρωμένοι. Αντίθετα, όταν είναι αγκυρωμένοι παρουσιάζουν σχεδόν την ίδια αποδοτικότητα με τους μανδύες ΙΑΜ Ενίσχυση στοιχείων τοιχοποιίας Οι ερευνητικές εργασίες σχετικά με την ενίσχυση στοιχείων τοιχοποιίας καλύπτουν ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών, με την πλειονότητα των στοιχείων τοιχοποιίας να αποτελούνται από αργιλικούς οπτόπλινθους. Ακολουθεί η κατηγοριοποίηση των σχετικών εφαρμογών: Ενίσχυση με στόχο την αύξηση της εντός επιπέδου ικανότητας ανάληψης τέμνουσας δύναμης (Papanicolaou et al. 2007, Papanicolaou et al. 2011). Ενίσχυση με σκοπό την εκτός επιπέδου ικανότητα ανάληψης φορτίου (Papanicolaou et al. 2008, Harajli et al. 2010, Papanicolaou et al. 2011, Babaeidarabad et al. 2014a). Ενίσχυση σε διαγώνια θλίψη (Prota et al. 2006, Parisi et al. 2013, Babaeidarabad 2014b). Περίσφιγξη στοιχείων τοιχοποιίας τύπου υποστυλώματος (Ombres, 2015). Η εντός επιπέδου ενίσχυση σε τέμνουσα μελετήθηκε από τους Papanicolaou et al. (2007) με την αμφίπλευρη ενίσχυση μίας και δύο στρώσεων ΙΑΜ άνθρακα σε τοιχοσώματα διαστάσεων 1300x800 mm, αποτελούμενα από αργιλικούς οπτόπλινθους. Το αξονικό φορτίο που χρησιμοποιήθηκε ήταν της τάξεως του 2.5% και 10% της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας, ενώ πραγματοποιήθηκε και σύγκριση με την αποδοτικότητα της ενίσχυσης με ΙΟΠ. Τα τοιχοσώματα υποβλήθηκαν σε δοκιμές κυκλικής φόρτισης. Bάσει των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι η ενίσχυση με τη χρήση ΙΑΜ οδήγησε σε αύξηση της αντοχής περίπου έξι φορές για αξονικό φορτίο 10%, και περίπου φορές για αξονικό φορτίο 2.5%, ενώ πολύ

36 σημαντική ήταν και η αύξηση της ικανότητας πλευρικής παραμόρφωσης (περίπου 13 φορές μεγαλύτερη του μη ενισχυμένου δοκιμίου). Σε σύγκριση με τα ΙΟΠ, τα ΙΑΜ αποδείχθηκαν λιγότερο αποτελεσματικά στην αύξηση της αντοχής (80% και 70% για επίπεδο αξονικού φορτίου 10% και 2.5%, αντίστοιχα), αλλά περισσότερο αποτελεσματικά στην αύξηση της ικανότητας παραμόρφωσης (περίπου 30%). Τέλος, στα πλαίσια ενός μεγαλύτερου ερευνητικού προγράμματος, οι Papanicolaou et al. (2011), πραγματοποίησαν δοκιμές κυκλικής φόρτισης σε τοιχοσώματα από λίθους. Τα τοιχοσώματα αυτά ενισχύθηκαν αμφίπλευρα με ΙΑΜ βασάλτη. Βάσει των αποτελεσμάτων προέκυψε μικρή αύξηση της αντοχής λόγω της μορφής αστοχίας (οριζόντια ρηγμάτωση κοντά στη βάση και λικνισμός). (α) (β) Εικόνα 1.6 Πειραματική διάταξη για την εντός επιπέδου δοκιμή κυκλικής φόρτισης τοιχο-σωμάτων: (α) Papanicolaou et al. (2007), και (β) Papanicolaou et al. (2011). H εκτός επιπέδου ενίσχυση στοιχείων τοιχοποιίας μελετήθηκε αρχικά από τους Papanicolaou et al. (2008) μέσω δοκιμών κυκλικής φόρτισης τοιχοσωμάτων διαστάσεων 400x1300 mm και 1300x400 mm αποτελούμενων από αργιλικούς οπτόπλινθους (κάμψη τριών σημείων). Διερευνήθηκε η επιρροή του αριθμού στρώσεων ΙΑΜ άνθρακα (μία και δύο στρώσεις), και έγινε σύγκριση της αποδοτικότητας με ενίσχυση με χρήση ΙΟΠ. Ως αποτέλεσμα, η αντοχή των μη ενισχυμένων τοιχοσωμάτων καθώς και η ικανότητα παραμόρφωσης αυξήθηκε θεαματικά με την εφαρμογή οποιασδήποτε μορφής ενίσχυσης, ενώ η αύξηση του αριθμού των στρώσεων οδήγησε σε μικρή αύξηση της αντοχής. Τέλος, η αποδοτικότητα των μανδυών ΙΑΜ ήταν ελαφρώς καλύτερη από την αντίστοιχη των ΙΟΠ όταν η αστοχία προερχόταν από τη βλάβη της

37 τοιχοποιίας ενώ το αντίθετο συνέβαινε όταν η αστοχία οφείλετο στη θραύση των ινών του μανδύα. Οι εργασίες των Harazli et al. (2010) και Papanicolaou et al. (2011) ήταν παρόμοιες με αυτήν των Papanicolaou et al. (2008) με τη διαφορά της διερεύνησης επιπρόσθετων παραμέτρων, όπως ο τύπος του πλέγματος και ο τύπος του κονιάματος. Σε όλες τις περιπτώσεις παρατηρήθηκε σημαντική αύξηση της αντοχής και της παραμορφωσιμότητας, με τις υπόλοιπες παραμέτρους να διαφοροποιούν ελαφρώς τα αποτελέσματα. Τέλος, οι Babaeidarabad et al. (2014a) διερεύνησαν την εκτός επιπέδου ενίσχυση τοιχοσωμάτων διαστάσεων 1400x1200 mm με μία και τέσσερις στρώσεις ΙΑΜ άνθρακα. Τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε κάμψη μίας διεύθυνσης υπό ομοιόμορφα κατανεμημένο φορτίο. Τα συμπεράσματα που προέκυψαν ήταν η αύξηση της καμπτικής αντοχής κατά 2.8 και 7.5 φορές, για μία και τέσσερις στρώσεις ΙΑΜ, αντίστοιχα. Επιπλέον σημειώθηκε αύξηση της δυσκαμψίας και της ικανότητας παραμόρφωσης, η οποία ήταν μειωμένη στην περίπτωση ενίσχυσης με τέσσερις στρώσεις λόγω διατμητικής αντί καμπτικής αστοχίας. (α) (β) Εικόνα 1.7 (α) Πειραματική διάταξη για τη δοκιμή κυκλική εκτός επιπέδου φόρτισης τοιχο-σωμάτων (Papanicolaou et al., 2008), (β) αστοχία λόγω βλάβης της τοιχοποιίας σε δοκίμιο ενισχυμένο με μανδύες ΙΑΜ άνθρακα (Papanicolaou et al., 2008) Σχετικά με την ενίσχυση τοιχοσωμάτων σε διαγώνια θλίψη, οι Prota et al. (2006) και Parisi et al. (2013) διεξήγαγαν πειραματικές δοκιμές σε τοιχοσώματα διαστάσεων 1200x1200 mm αποτελούμενα από λίθους τόφφου, ερευνώντας την αποδοτικότητα της ενίσχυσης με ΙΑΜ υάλου. Βάσει των αποτελεσμάτων προέκυψε και στις δύο περιπτώσεις σημαντική αύξηση της μέγιστης διατμητικής αντοχής. Πιο συγκρεκριμένα, στην περίπτωση αμφίπλευρης ενίσχυσης η αντοχή αυξήθηκε σχεδόν κατά 100% για μια στρώση και 180% για δύο στρώσεις, ενώ η

38 αποτελεσματικότητα της αμφίπλευρης ενίσχυσης ήταν εν γένει μικρότερη από αυτήν της μονόπλευρης ενίσχυσης (ανηγμένη στο ποσοστό οπλισμού). Επιπλέον, σημειώθηκε σχεδόν διπλάσια ικανότητα διατμητικής παραμόρφωσης στο μέγιστο φορτίο, ενώ οι Parisi et al. (2013) κατέληξαν και σε σημαντική αύξηση του μέτρου διάτμησης μέσω της ενίσχυσης. Σε κάθε περίπτωση αξίζει να σημειωθεί ότι η διασπορά των αποτελεσμάτων από τριπλέτες όμοιων δοκιμίων ήταν σημαντική. Η αποδοτικότητα της ενίσχυσης σε διαγώνια θλίψη μελετήθηκε από τους Babaidarabad et al. (2014b) σε τοιχοσώματα διαστάσεων περίπου 1200x1200 mm αποτελούμενα από αργιλικούς οπτόπλινθους με ΙΑΜ άνθρακα. Μέσω της εφαρμογής αμφίπλευρης ενίσχυσης μίας και τεσσάρων στρώσεων από ινοπλέγματα άνθρακα κατέληξαν πως η διατμητική τάση ρηγμάτωσης αυξήθηκε σε σύγκριση το δοκίμιο αναφοράς, κατά 70% και 230% για μία και τέσσερις στρώσεις, αντίστοιχα. Επίσης, το μέτρο διάτμησης αυξήθηκε κατά 85% και 220%, για μία και τέσσερις στρώσεις, αντίστοιχα. Η πρώτη μελέτη περίσφιγξης τοιχοποιίας με ΙΑΜ πραγματοποιήθηκε από τον Κρεβάϊκα (2005), σε τοιχοσώματα τύπου υποστυλώματος με λόγους πλευρών της ορθογωνικής διατομής 1, 1.5 και 2, τα οποία ελέγχθηκαν σε κεντρική θλίψη.. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε σύγκριση της αποδοτικότητας των μανδυών ΙΑΜ με ισοδύναμους μανδύες ΙΟΠ. Βάσει των αποτελεσμάτων προέκυψε ότι με τους μανδύες ΙΑΜ επιτυγχάνεται σημαντική αύξηση της θλιπτικής αντοχής καθώς και πολύ μεγάλη αύξηση της ικανότητας παραμόρφωσης των στοιχείων. Συγκεκριμένα, η θλιπτική αντοχή αυξήθηκε κατά 2.4, 2.3 και 1.9 φορές για λόγο πλευρών 1, 1.5 και 2 αντίστοιχα, ενώ η θλιπτική παραμόρφωση στην αστοχία αυξήθηκε κατά 2.4, 5.1 και 4.4 φορές για λόγο πλευρών 1, 1.5 και 2 αντίστοιχα. Οι μανδύες ΙΑΜ είχαν σχεδόν την ίδια αποδοτικότητα με ισοδύναμους μανδύες ΙΟΠ σε όρους αύξησης της αντοχής, αλλά πολύ μεγαλύτερη αποδοτικότητα σε όρους αύξησης της ικανότητας παραμόρφωσης για λόγους πλευρών μεγαλύτερους του ένα. Το γενικό συμπέρασμα ήταν ότι η υπεροχή των μανδυών ΙΑΜ οφείλετο στην μεγαλύτερη κατανομή της βλάβης και τη σταδιακή θραύση των ινών στις αιχμές τους.

39 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΝΑΒΑΘΜΙΣΗ ΚΤΙΡΙΩΝ Γενικά Πέραν της ανάγκης για δομικού χαρακτήρα επεμβάσεις στα υφιστάμενα κτίρια, ιδιαίτερη σημασία έχει αρχίσει να δίνεται και σε επεμβάσεις ενεργειακού χαρακτήρα, καθώς η εξοικονόμηση χρημάτων για την κατανάλωση ενέργειας αλλά και η ίδια η εξοικονόμηση ενέργειας, είναι θέματα ζωτικής σημασίας τόσο για την οικονομία των νοικοκυριών και του κράτους αλλά και για λόγους περιβαλλοντικούς, αφού το περιβαλλοντικό στίγμα μιας μονάδας παραγωγής ενέργειας είναι, συνήθως, σημαντικά μεγάλο. Η Ελλάδα εμφανίζει ιδιαίτερα σπάταλο κτιριακό τομέα σε θέματα κατανάλωσης ενέργειας, σε σχέση με άλλες Ευρωπαϊκές χώρες, αλλά κάθε χρόνο η κατάσταση επιδεινώνεται. Σήμερα ένα τυπικό ελληνικό διαμέρισμα καταναλώνει για θέρμανση όσο ένα διαμέρισμα στην ψυχρή Ολλανδία και διπλάσια από ότι στην παρόμοιου κλίματος Ισπανία! Σε ότι αφορά τον κλιματισμό η κατάσταση είναι ακόμα χειρότερη καθώς η εγκατάσταση χιλιάδων κλιματιστικών μονάδων κακής ποιότητας και χωρίς μελέτη μηχανικού κάθε χρόνο, έχει καταστήσει τα ελληνικά νοικοκυριά ως τα πλέον ενεργοβόρα στην Ευρώπη [6]. Η κατάσταση αυτή απεικονίζεται και στα παρακάτω διαγράμματα: Σχήμα 1.1 Κατανάλωση ηλεκτρικού ρεύματος ανά νοικοκυριό για θέρμανση και κλιματισμό [6] Γίνεται, συνεπώς, αντιληπτό ότι οι ανάγκες για επεμβάσεις ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων είναι εμφανείς. Ωστόσο είναι σημαντικό να επισημανθεί ότι ακόμη και το πιο αποδοτικό σύστημα θέρμανσης/ψύξης/κλιματισμού ενός κτιρίου θα ήταν ανεπαρκές σε ένα ακατάλληλο

40 κτίριο. Παραδείγματος χάριν, ένα κτίριο μπορεί να είναι μεν εξοπλισμένο με συστήματα υψηλότατης απόδοσης (τεράστια επένδυση), επομένως θα έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, αλλά αν τελικά αυτή σπαταλάται λόγω κακής ποιότητας κτιριακού κελύφους, τότε και πάλι δεν θα επιτευχθεί θερμική άνεση [6]. Κατά συνέπεια, μια συνολικότερη ενεργειακή μελέτη, η οποία περιλαμβάνει την βελτίωση της θερμικής απόδοσης του κτιρίου συνολικότερα, είναι απαραίτητη. Μια πλήρης ενεργειακή μελέτη είναι μια περίπλοκη διαδικασία που πραγματεύεται και συνδυάζει λεπτομέρειες από τέσσερις βασικούς τομείς [6] : a) Εξωτερικοί παράγοντες (π.χ. κλιματικές συνθήκες περιοχής) b) Κτιριακές εγκαταστάσεις θέρμανσης/ψύξης/κλιματισμού a. Τύπος, μέγεθος, είδος καυσίμου b. Βαθμός απόδοσης c. Πρόγραμμα λειτουργίας d. Βαθμός συντήρησης e. Παλαιότητα c) Ανθρώπινοι παράγοντες a. Απαιτήσεις θερμικής άνεσης b. Χρήση/λειτουργία κτιρίου c. Δραστηριότητες/συνήθειες χρηστών d. Πρόσβαση χρηστών σε ρυθμίσεις των εγκαταστάσεων d) Κτιριακό κέλυφος a. Μέγεθος b. Μορφολογία c. Διάταξη χώρων και ανοιγμάτων d. Τοποθεσία και προσανατολισμός e. Δυνατότητα αερισμού f. Περιβάλλων χώρος g. Ποιότητα θερμομόνωσης κελύφους

41 Η παρούσα εργασία πραγματεύεται τη βελτίωση της ποιότητας του κελύφους από άποψη θερμομόνωσης, επομένως θα γίνει ειδική αναφορά σε αυτό το τμήμα μόνο, από όλο το φάσμα των παραγόντων της ενεργειακής μελέτης Θερμομόνωση Πριν γίνει αναφορά για εφαρμογές θερμομόνωσης σε κτίρια θα πρέπει να οριστεί η έννοια της θερμικής αγωγιμότητας και της θερμικής αντίστασης ενός υλικού. Θερμική αγωγιμότητα είναι η ικανότητα που έχουν τα υλικά να επιτρέπουν τη διέλευση θερμότητας μέσω της μάζας τους και περιγράφεται από το συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ (μονάδες W/mK στο σύστημα SI, ή kcal/mh o C = 1.16W/mK). Ο συντελεστής αυτός εκφράζει το ποσό θερμότητας Qλ που διαφεύγει στη μονάδα του χρόνου (συνήθως μία ώρα) μέσω επιφάνειας 1 m 2 υλικού πάχους 1 m, όταν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των δύο επιφανειών του εν λόγω υλικού είναι 1 ο C. Το αντίστροφο του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας κ = 1/λ ονομάζεται συντελεστής θερμικής αντίστασης. Η θερμική αντίσταση σώματος πάχους d είναι R = κd = d/λ. Αν το στοιχείο αποτελείται από nδιαδοχικά στρώματα διαφόρων υλικών με συντελεστές λi και πάχη di, αντίστοιχα, η θερμική αντίσταση θα είναι [7] : R n i (1.1) i 1 d Στην αντίσταση αυτή θα πρέπει να προστεθούν και οι αντιστάσεις εισόδου και εξόδου, 1/α1 και 1/α2, αντίστοιχα, δηλαδή οι αντιστάσεις των στρωμάτων (π.χ. αέρας) που βρίσκονται σε επαφή με τις δύο παρειές του στρώματος. Έτσι η συνολική θερμική αντίσταση δίνεται από τη σχέση [7] : 1 i 1 i 2 i n 1 di 1 R (1.2) Όπως αναφέρθηκε και στην προηγούμενη παράγραφο, η καταλληλότητα του κτιρίου για μια επέμβαση ενεργειακής αναβάθμισης είναι ιδιαίτερα σημαντικός παράγοντας. Και ο σημαντικότερος ίσως παράγοντας όσον αφορά την καταλληλότητα του κτιρίου είναι η ποιότητα του κελύφους, αφού η εφαρμογή οποιουδήποτε συστήματος θέρμανσης/ψύξης/κλιματισμού δεν θα μπορούσε να είναι αποδοτική σε ένα κτίριο με κακή θερμομόνωση αφού οι απώλειες θα ήταν τεράστιες. Ο ρόλος της επομένως είναι η μείωση των θερμικών απωλειών (αύξηση συντελεστή

42 θερμικής αντίστασης), ο καθορισμός της ωφέλιμης θερμικής μάζας του κελύφους του κτιρίου (με τον καθορισμό της θέσης της, εσωτερική ή εξωτερική παρειά του κελύφους) και η βελτίωση της ποιότητας του αέρα με την αποφυγή συμπυκνωμάτων και το σχηματισμό μούχλας. Αυτός ο ρόλος δυστυχώς δεν έχει ακόμη τη θέση που οφείλει στη συνείδηση του μηχανικού. Παράλληλα, ακόμη και όταν αυτό συμβαίνει, στην πράξη το αποτέλεσμα είναι και πάλι απογοητευτικό καθώς υπάρχει απουσία πιστοποίησης υλικών (συχνά ακατάλληλα υλικά), σπάνια γίνεται πλήρης εφαρμογή και επίβλεψη της μελέτης ενώ και πολλά συνεργεία είναι ανειδίκευτα στα συγκεκριμένα θέματα, με αποτέλεσμα η πλειοψηφία των κτιρίων να παρουσιάζει σημαντικά προβλήματα εφαρμογής στην πράξη [6]. Συνηθέστερη πρακτική εφαρμογής θερμομόνωσης στις κατασκευές έως τώρα είναι η τοποθέτηση του θερμομονωτικού υλικού στον πυρήνα της τοιχοποιίας, όπως στην παρακάτω εικόνα: πλεονεκτήματα: Καλή εκμετάλλευση της θερμοχωρητικότητας του κελύφους Δυνατότητα χρήσης και μη σκληρών θερμομονωτικών υλικών Προστασία θερμομονωτικού υλικού Ευχέρεια στη χρήση επιφανειών για ανάρτηση φορτίου Δεν απαιτείται ιδιαίτερη ποιότητα εργασίας μειονεκτήματα: Πρακτικά αδύνατη η επισκευή / συντήρηση του θερμομονωτικού υλικού Μερική η προστασία του κελύφους από ατμοσφαιρικές συνθήκες Δύσκολη η αποφυγή θερμογεφυρών Απαίτηση για διπλό κέλυφος Εικόνα 1.8 Εφαρμογή θερμομόνωσης στον πυρήνα του τοίχου [6] Η διάταξη αυτή ωστόσο χρησιμοποιείται σε νέες κατασκευές και δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε περίπτωση υπάρχουσας κατασκευής.

43 Τεχνική θερμοπροσόψεων Σε υπάρχουσες κατασκευές όπου έχει διαπιστωθεί ανάγκη για προσθήκη θερμομόνωσης στο κέλυφος, συνηθέστερη πρακτική είναι αυτή της θερμοπροσόψεως, όπου δηλαδή προστίθεται νέα στρώση θερμομονωτικού υλικού στην εξωτερική πλευρά του υπάρχοντος κελύφους. Η διάταξη που συνήθως ακολουθείται αλλά και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που προσφέρει, φαίνονται στην επόμενη εικόνα: πλεονεκτήματα: Πλήρης εκμετάλλευση της θερμοχωρητικότητας του κελύφους Βέλτιστη αποφυγή θερμογεφυρών Προστασία του κελύφους από ατμοσφαιρικές συνθήκες Καλή συμπεριφορά στη διέλευση υδρατμών Δυνατότητα αναδρομικής εφαρμογής Ελάχιστη δυνατή όχληση ενοίκων κατά τις εργασίες Σταθερές θερμοκρασιακές συνθήκες ομαλή λειτουργία συστήματος θέρμανσης/ψύξης/κλιματισμού Δυνατότητα επισκευής συντήρησης του θερμομονωτικού υλικού μειονεκτήματα: Ελλιπής προστασία θερμομονωτικού υλικού από εξωτερικές συνθήκες Εξωτερική ανάρτηση φορτίου με συγκεκριμένο μόνο τρόπο Απαίτηση για ιδιαίτερη ποιότητα εργασίας Εικόνα 1.9 Εφαρμογή θερμομόνωσης στην εξωτερική παρειά του τοίχου [6] Οι θερμομονωτικές πλάκες επικολλώνται με ειδικό κονίαμα συνήθως με βάση το τσιμέντο το οποίο εξετάζεται στην παρούσα εργασία κατά πόσον προσφέρει επαρκή δομική ενίσχυση εάν οπλισθεί με πλέγμα σύνθετων ινών.

44 Αυτός ο τρόπος επίτευξης της θερμομόνωσης εκμεταλλεύεται πλήρως τη θερμοχωρητικότητα του κελύφους (συνήθως οπτοπλινθοδομή) η οποία είναι αρκετά μεγάλη, αυξάνεται δηλαδή η λεγόμενη «θερμική μάζα» του κτιρίου. Αυτό σημαίνει ότι για να θερμανθεί όλος ο εσωτερικός χώρος θα πρέπει να θερμανθεί και το ίδιο το κέλυφος, επομένως υπάρχει μια υστέρηση στην επίτευξη της επιθυμητής θερμοκρασίας στο εσωτερικό του χώρου. Ωστόσο, η μεγάλη θερμοχωρητικότητα του κελύφους ανταποδίδει αυτήν την υστέρηση ανταποδίδοντας πίσω στον χώρο την αποθηκευμένη θερμότητα του κελύφους, όταν το σύστημα θέρμανσης πάψει να λειτουργεί. Επομένως, υπάρχει αντίστοιχη υστέρηση στην απώλεια της θερμοκρασιακής άνεσης που επετεύχθη από το σύστημα θέρμανσης. Το συνολικό αποτέλεσμα είναι οι ομαλή μεταβολή των θερμοκρασιακών συνθηκών στο εσωτερικό του χώρου άρα και η ομαλή λειτουργία των εγκαταστάσεων θέρμανσης. Στο παρακάτω γράφημα βλέπουμε μια χαρακτηριστική αποτύπωση της διακύμανσης αυτής σε κτίρια με χαμηλή και υψηλή θερμική μάζα. Σχήμα 1.2 Θερμοκρασιακή διακύμανση εσωτερικού χώρου κτιρίου κατά τη διάρκεια εικοσιτετράωρου, ανάλογα με τη θερμική μάζα [8] Πάντως, στις περιπτώσεις θερμομόνωσης τοίχου, σε όποια θέση και να τοποθετηθεί η θερμομόνωση θα πρέπει: Να παρέχει επαρκή θερμική αντίσταση ώστε να πληρούνται οι ελάχιστες απαιτήσεις θερμομόνωσης. Να παρέχει ένα συνεχές θερμομονωτικό στρώμα χωρίς θερμογέφυρες. Να αντιστέκεται στη διείσδυση νερού.

45 ΣΤΟΧΟΙ ΠΑΡΟΥΣΑΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Βάσει των όσων περιεγράφηκαν στις προηγούμενες παραγράφους, διαπιστώνεται ότι η ανάγκη επέμβασης σε κατασκευαστικά στοιχεία τοιχοποιίας (δομικά ή μη), είναι πολύ συχνή και αφορά τόσο δομικές επεμβάσεις (ανάγκη αντισεισμικής ενίσχυσης) όσο και ενεργειακές (ανάγκη θερμομόνωσης). Επιπλέον, διαπιστώνεται ότι όσον αφορά τις μεθόδους δομικών ενισχύσεων, η χρήση των ινοπλεγμάτων σε ανόργανη μήτρα είναι μια ανερχόμενη και πολλά υποσχόμενη μέθοδος με πολλές πιθανές εφαρμογές. Η παρούσα εργασία, λοιπόν, αποσκοπεί στην μελέτη και την ανάπτυξη ενός συστήματος ταυτόχρονης δοκικής και ενεργειακής αναβάθμισης τοιχοποιίας με τη χρήση Ινοπλεγμάτων Ανόργανης Μήτρας. Η πρώτη προσέγγιση του αντικειμένου γίνεται πειραματικά. Συγκεκριμένα, γίνεται χρήση θερμομονωτικών πλακών διογκωμένης πολυστερίνης οι οποίες επικολλώνται στην τοιχοποιία με ειδικό κονίαμα που προσφέρει υψηλή συνάφεια. Η στρώση του κονιάματος ενισχύεται με πλέγμα ινών υάλου, υψηλής αντοχής, που χρησιμοποιείται σε δομικές επεμβάσεις. Αρχικά, λοιπόν, αποσκοπείται να εξεταστεί η λειτουργία του ινοπλισμένου πλέον κονιάματος αυτού σε αντισεισμικές απαιτήσεις, καθότι η μήτρα είναι κονίαμα που δεν πληροί προδιαγραφές στατικής αναβάθμισης. Εν συνεχεία, σκοπός είναι να εξεταστεί η συμπεριφορά διαφόρων στοιχείων τοιχοποιίας τα οποία υπόκεινται σε διαφορετική καταπόνηση και να εξεταστεί η βελτίωση της μηχανικής συμπεριφοράς των στοιχείων αυτών. Επιπλέον, κρίνεται σκόπιμο να δοκιμαστούν διάφορες πιθανές διατάξεις της επέμβασης, οι οποίες αφορούν μονόπλευρη ή αμφίπλευρη ενίσχυση του στοιχείου, το ΙΑΜ εσωτερικά της επέμβασης (δηλαδή σε επαφή με την τοιχοποιία) ή εξωτερικά. Στόχος είναι να εξεταστεί η επιρροή της διάταξης στη μηχανική συμπεριφορά του ενισχυμένου στοιχείου και να διαπιστωθεί κάποια πιθανώς βέλτιστη ή χείριστη διάταξη. Τέλος, γίνεται μια αναλυτική προσέγγιση του αντικειμένου που αποσκοπεί στη διερεύνηση της δυνατότητας που υπάρχει να προβλεφθεί η συμπεριφορά των ενισχυμένων στοιχείων, με τη χρήση απλοποιητικών παραδοχών και σχέσεων που βασίζονται στη Μηχανική των Υλικών.

46 ΔΟΜΗΣΗ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΦΟΡΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ 2.1. ΛΙΘΟΣΩΜΑΤΑ Γενικά Κατά τον Ευρωκώδικα 6 (EΛΟΤ ΕΝ ) λιθόσωμα (ή τοιχόσωμα) είναι ένα στοιχείο κατάλληλα διαμορφωμένο ώστε να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή τοιχοποιίας. Αναλόγως της προέλευσής τους τα λιθοσώματα διακρίνονται σε 2 κατηγορίες, τα φυσικά όταν προέρχονται από φυσικούς λίθους και τα οποία απετέλεσαν το πρώτο δομικό υλικό, και τα τεχνητά τα οποία είναι βιοτεχνικά ή βιομηχανικά προϊόντα. Τα πρώτα τεχνητά λιθοσώματα ήταν οι ωμόπλινθοι που κατασκευάζονταν επιτόπου του έργου και λόγω της χαμηλής αντοχής τους η χρήση τους έχει πλέον εγκαταλειφθεί. (α) (β) (γ) Εικόνα 2.1 Φυσικοί λίθοι: (α) ακατέργαστοι (β) ημιλαξευμένοι (γ) λαξευμένοι Η πρόοδος της τεχνολογίας δομικών υλικών είχε ως συνέπεια την παραγωγή αρκετών τύπων λιθοσωμάτων με διάφορες ιδιότητες και πλεονεκτήματα. Η διάκρισή τους μπορεί να γίνει συνεκτιμώντας το πρότυπο ΕΝ 771 καθώς και τις χρήσεις που έχουν : 1. Αργιλικά λιθοσώματα (οπτόπλινθοι ή κοινώς τούβλα), ΕΛΟΤ ΕΝ Λιθοσώματα από σκυρόδεμα (τσιμεντόλιθοι και κισσηρόλιθοι), ΕΛΟΤ EN Λιθοσώματα από αυτόκλειστο κυψελωτό σκυρόδεμα ΕΛΟΤ ΕΝ Μια άλλη διάκριση των λιθοσωμάτων είναι αυτή που γίνεται ανάλογα με τις ειδικές χρήσεις που έχουν (π.χ. πυρίμαχα, υαλότουβλα, διακοσμητικά). [9]

47 Εικόνα 2.2 Διάφοροι τύποι τεχνητών λιθοσωμάτων (δομικά, πυρίμαχα, διακοσμητικά, θερμομονωτικά κλπ.) Στην παρούσα εργασία η διερεύνηση γίνεται με τη χρήση αργιλικών λιθοσωμάτων (οπτόπλινθοι) για αυτό το λόγο και γίνεται αναφορά στις ιδιότητες μόνο αυτών Οπτόπλινθοι Οι οπτόπλινθοι είναι το υλικό που κατά κύριο λόγο χρησιμοποιείται σήμερα για την κατασκευή τοίχων όχι μόνο πληρώσεως αλλά και φερόντων. Η σύνθεσή τους είναι άργιλος, άμμος (κυρίως χαλαζιακής προελεύσεως) και νερό. Οι αναλογίες ποικίλουν ανάλογα με τις επιθυμητές μηχανικές ιδιότητες. Οι συνήθεις διαστάσεις τούβλων χωρίς οπές είναι: πλάτος 8-12 cm, μήκος cm και ύψος 4-6 cm. Για λόγους που έχουν να κάνουν με το καλό ψήσιμό τους, που αποτελεί βασικό παράγοντα στην ανάπτυξη της αντοχής τους, τα τούβλα χωρίς οπές δεν κατασκευάζονται σε μεγάλη ποικιλία διαστάσεων. Αντιθέτως, οι διαστάσεις των τούβλων με οπές παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία και για αυτό το λόγο η διάκριση μεταξύ τους γίνεται ανάλογα με τον αριθμό των οπών (εξάοπα, εννιάοπα, δωδεκάοπα κλπ.). Σε κάθε περίπτωση όμως πρέπει να υπάρχει σχέση μεταξύ των τριών διαστάσεων ούτως ώστε να είναι δυνατή η χρήση του για τη δημιουργία διαφόρων μορφών τοίχων χωρίς τεμαχισμό πλήρων τεμαχίων. [1]

48 Εικόνα 2.3 Είδη οπτόπλινθων εμπορίου ανάλογα με τον αριθμό οπών [10] Οι ομάδες των οπτόπλινθων κατά το πρότυπο ΕΝ προσδιορίζονται ως εξής: Ομάδα 1 a) Τοιχοσώματα χωρίς οπές και χωρίς εσοχές ή εγκοπές στις έδρες b) Τοιχοσώματα με οπές σε ποσοστό μικρότερο από 25% κατ όγκον που συγχρόνως ο όγκος κάθε οπής δεν υπερβαίνει το 12.5% του μικτού όγκου του τοιχοσώματος Ομάδα 2 Στην ομάδα αυτή ανήκουν, γενικώς, λιθοσώματα με κατακόρυφες οπές και όσον αφορά τους οπτόπλινθους: το ποσοστό κενών κατ όγκον είναι μεταξύ 25% και 55% κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 10% του όγκου του τοιχοσώματος και εσοχές συνολικά μέχρι 12.5% κατ όγκον το πάχος των τοιχωμάτων των οπών είναι τουλάχιστον 5 mm και του περιμετρικού τοιχώματος 8 mm το άθροισμα του πάχους των τοιχωμάτων των οπών, αλλά και του εξωτερικού τοιχώματος, μετρούμενο οριζοντίως και εγκαρσίως στο επίπεδο του τοίχου, δεν είναι πουθενά μικρότερο από 16% του ολικού πλάτους του τοιχοσώματος

49 Ομάδα 3 Στην ομάδα αυτή ανήκουν, γενικώς, λιθοσώματα με κατακόρυφες οπές και όσον αφορά τους οπτόπλινθους: το ποσοστό κενών κατ όγκον είναι μεταξύ 55% και 70% κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 10% του όγκου του τοιχοσώματος και εσοχές συνολικά μέχρι 12.5% κατ όγκον το πάχος των τοιχωμάτων των οπών είναι τουλάχιστον 3 mm και του περιμετρικού τοιχώματος 6 mm το άθροισμα του πάχους των τοιχωμάτων των οπών, αλλά και του εξωτερικού τοιχώματος, μετρούμενο οριζοντίως και εγκαρσίως στο επίπεδο του τοίχου, δεν είναι πουθενά μικρότερο από 12% του ολικού πλάτους του τοιχοσώματος Ομάδα 4 Στην ομάδα αυτή ανήκουν, γενικώς, λιθοσώματα με οριζόντιες οπές και όσον αφορά τους οπτόπλινθους: κάθε μεμονωμένη οπή έχει όγκο μικρότερο από 8% του όγκου του τοιχοσώματος και αν υπάρχει μία μόνο οπή, αυτή έχει όγκο μικρότερο από 30% του όγκου του τοιχοσώματος το πάχος των τοιχωμάτων των οπών είναι τουλάχιστον 6 mm και του περιμετρικού τοιχώματος 8 mm το συνολικό πάχος των τοιχωμάτων μετρούμενο οριζοντίως κάθετα στο επίπεδο του τοίχου, δεν υπολείπεται το 16% του ολικού πλάτους του τοιχοσώματος Η αντοχή των οπτόπλινθων σε περίπτωση που δεν προσδιορίζεται από τον παραγωγό μπορεί να προσδιοριστεί με πειραματικές δοκιμές. Σχετικές πειραματικές δοκιμές έχουν γίνει από πολλούς μελετητές όπως τους Fardis et al. το 1996, από το Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο και από τον Στυλιανίδη το Η θλιπτική αντοχή γενικά προσδιορίζεται με κοινές δοκιμές θλίψης. Η εφελκυστική αντοχή μπορεί να προσδιοριστεί με δοκμή άμεσου εφελκυσμού ή έμμεσα με δοκιμές κάμψης, αλλά οι διάφορες μέθοδοι δίνουν πολύ μεγάλη απόκλιση στις τιμές της εφελκυστικής αντοχής που προκύπτουν. Γενικά, πάντως, η εφελκυστική αντοχή των οπτόπλινθων είναι πολύ χαμηλή και μπορεί να αγνοείται. Μπορεί ωστόσο να προσδιοριστεί και θεωρητικά ως το 10% της μέσης θλιπτικής αντοχής της οπτόπλινθου (f bm) ή ως το 6.5% της ανηγμένης θλιπτικής ατοχής του (f b).

50 ΚΟΝΙΑΜΑ ΔΟΜΗΣΗΣ Κονίαμα δόμησης είναι το μίγμα ενός ή περισσοτέρων συνδετικών υλικών, αδρανών, νερού και μερικές φορές και ειδικών προσθέτων, που εφαρμόζεται ως συνδετικό-συγκολλητικό μεταξύ των δομικών στοιχείων (τούβλων, τσιμεντολίθων, ελαφροβαρών στοιχείων κτλ.), στην τοιχοποιΐα. Συνδετικό υλικό ή κονία ονομάζεται το υλικό, που χρησιμοποιείται για να επιτευχθεί η συγκράτηση στερεών σωματιδίων σε μορφή συνεχούς μάζας. Αδρανές υλικό ονομάζεται το υλικό σε μορφή κόκκων, που δεν συμμετέχει στην αντίδραση σκλήρυνσης του κονιάματος. Χημικό πρόσμικτο ονομάζεται το υλικό, που προστίθεται σε μικρές ποσότητες σε σχέση με το συνδετικό, πριν ή κατά τη διάρκεια της ανάμιξης του κονιάματος για να προσδώσει συγκεκριμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά. Πρόσθετο ονομάζεται το πολύ λεπτόκοκκο υλικό (που δεν είναι ούτε συνδετικό ούτε αδρανές), το οποίο μπορεί να προστεθεί στο κονίαμα για να βελτιώσει ή να επιτύχει ειδικά ποιοτικά χαρακτηριστικά. [11] Το κονίαμα δόμησης έχει ως στόχο να συνδέσει μεταξύ τους τα επιμέρους λιθοσώματα με σκοπό να προκύψει ένας τοίχος που λειτουργεί όσο το δυνατόν σαν «ενιαίο» σώμα, ικανό να μεταφέρει τα φορτία με ασφάλεια και να είναι ανθεκτικός στο χρόνο. Τα κονιάματα δόμησης διακρίνονται : Α. Αναλόγως της εφαρμογής τους σε: i. Κονιάματα γενικής χρήσης : για αρμούς πάχους μεγαλύτερου από 3 mm. ii. Κονιάματα λεπτής στρώσης : για αρμούς πάχους από 1 mm έως 3 mm. iii. Ελαφροβαρή κονιάματα δόμησης : με φαινόμενη πυκνότητα σκληρυμένου κονιάματος 1500 kg/m 3 Β. Αναλόγως του τρόπου παραγωγής τους σε: I. Κονίαμα εργοστασιακής παραγωγής: Κονίαμα προετοιμασμένο και αναμεμιγμένο σε εργοστάσιο. Μπορεί να είναι ξηρό κονίαμα με αναμεμιγμένα μόνο τα ξηρά συστατικά, που απαιτεί μόνο την προσθήκη νερού ή νωπό κονίαμα, που παραδίδεται έτοιμο για χρήση. II. Κονίαμα εργοστασιακής παραγωγής σε ημιτελή μορφή III. Εργοταξιακό κονίαμα : Κονίαμα του οποίου τα συστατικά (συνδετικά, αδρανή, νερό) αναμιγνύονται στο εργοτάξιο στις κατάλληλες αναλογίες. Γ. Αναλόγως του τρόπου σύνθεσης σε:

51 Σχεδιασμένο κονίαμα : Κονίαμα του οποίου η σύνθεση και η μέθοδος παραγωγής επιλέγεται από τον παραγωγό, με σκοπό αυτό να έχει συγκεκριμένα ποιοτικά χαρακτηριστικά (σύνθεση με στόχο τα λειτουργικά χαρακτηριστικά στην εφαρμογή). 2. Κονίαμα με συγκεκριμένη σύνθεση: Κονίαμα με ορισμένες αναλογίες συστατικών, του οποίου τα ποιοτικά χαρακτηριστικά αναμένεται να προέλθουν από τις δεδομένες αναλογίες (σύνθεση δεδομένης συνταγής). [11] Η σύνθεση ενός συνήθους κονιάματος γενικής εφαρμογής για τη δόμηση τοίχων, αποτελείται από τη συνδετική κονία που είναι συνήθως τσιμέντο, άσβεστο (σε μορφή πολτού, ξηράς υδρασβέστου, ή άλλης μορφής ασβέστου), άμμο και νερό. Οι αναλογίες τους ποικίλουν και τα μηχανικά τους χαρακτηριστικά επηρεάζονται άμεσα από αυτό. Όσον αφορά τα μηχανικά χαρακτηριστικά του κονιάματος δόμησης, αυτό που μας ενδιαφέρει είναι η θλιπτική του αντοχή. Ένα κονίαμα περιγράφεται από το γράμμα Μ (Mortar) ακολουθούμενο από τη μέση θλιπτική αντοχή του (σε MPa) και εκείνα με προδιαγραφόμενη σύνθεση πρέπει να χαρακτηρίζονται και από την αναλογία των υλικών τους κατ όγκο. Για φέρουσες τοιχοποιίες το χρησιμοποιούμενο κονίαμα πρέπει να είναι τουλάχιστον M5, η αντοχή του όμως καλό είναι να μην υπερβαίνει την αντοχή των τοιχοσωμάτων για την αποφυγή ψαθυρής αστοχίας με τη θραύση των λιθοσωμάτων. Πίνακας 2.1 Αναλογία κατ όγκον υλικών κονιαμάτων κατά ΕΝ Ποιότητα κονιάματος Μέση θλιπτική αντοχή (ΜPα) Κατ όγκον αναλογία Τσιμέντο Άσβεστος Άμμος Μ Μ Μ Μ Οι κύριες ιδιότητες του κονιάματος δόμησης είναι οι εξής [12] : Ιδιότητες νωπού κονιάματος: Χρόνος εργασιμότητας Συνεκτικότητα

52 Περιεχόμενος αέρας Κατακράτηση νερού Πυκνότητα νωπού κονιάματος Περιεκτικότητα σε χλωριόντα Ιδιότητες σκληρυμένου κονιάματος: Θλιπτική αντοχή Αντοχή αποκόλλησης Όταν πρόκειται για κονιάματα εργοστασιακής παραγωγής ο παραγωγός πρέπει να δηλώνει τις τιμές των εξής χαρακτηριστικών: Ελάχιστος χρόνος εργασιμότητας. Κατηγορία θλιπτικής αντοχής. Η περιεκτικότητα σε ασβέστη (αν είναι μεγαλύτερη του 50% του συνόλου των συνδετικών υλικών) 2.3. ΔΟΜΙΚΗ ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Τύποι τοιχοποιίας και βασικοί κανόνες δόμησης Οι τοίχοι, από αρχιτεκτονικής απόψεως, ανάλογα με τον τρόπο δόμησης χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: Ορθοδρομικός: Σύνηθες πάχος (t) περίπου 6 cm. Αποτελεί τοίχο μιας στρώσης τούβλων (μονόστρωτος), με λιθοσώματα μικρών διαστάσεων με την μικρότερη διάσταση (6 cm) τοποθετημένη κατά το πάχος του τοίχου. Λόγω της μεγάλης τους λυγηρότητας πλέον δεν χρησιμοποιούνται. Δρομικός: Μονόστρωτος τοίχος με την ενδιάμεση διάσταση του λιθοσώματος τοποθετημένη κατά το πάχος του τοίχου. Σύνηθες πάχος 9 12 cm ανάλογα με το χρησιμοποιούμενο τοιχόσωμα. Χρησιμοποιούνται μόνο ως διαχωριστικοί.

53 Μπατικός: Το πάχος του ισούται με το μήκος του λιθοσώματος (περίπου 20 cm) και προκύπτει από την πλέξη δύο δρομικών τοίχων. Ένας τρόπος είναι η σύνδεση δύο στρώσεων δρομικού τοίχου (δίστρωτος) με συνδετικό κονίαμα και μεταλλικούς συνδέσμους. Συνηθέστερος τρόπος, ωστόσο, είναι να χρησιμοποιούνται δύο στρώσεις δρομικού τοίχου που εμπλέκονται με την τοποθέτηση τοιχοσωμάτων με την διάσταση του μήκους τους τοποθετημένη κατά το πάχος του τοίχου. Χρησιμοποιείται συνήθως ως εξωτερικός τοίχος κτιρίων από φέροντα οργανισμό σκυροδέματος ή χάλυβα. Αν το μήκος των τοιχοσωμάτων είναι αρκετά μεγάλο (τουλάχιστον 24 cm) μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για φέρουσα τοιχοποιία. (Σημείωση: το ελάχιστο πάχος 24 cm ορίζεται στο Εθνικό Προσάρτημα του Ευρωκώδικα 6, ΕΝ , στην παράγραφο 8.1.2(2) «Ελάχιστο πάχος τοίχων» και αναφέρεται σε άοπλη τοιχοποιία με τεχνητά τοιχοσώματα, αποτελεί δε το ελάχιστο ενεργό πάχος (t ef), που σε περίπτωση συμπαγούς τοίχου συμπίπτει με το πραγματικό του πάχος). Υπερμπατικός: είναι ο τοίχος που έχει πάχος όσο ένας δρομικός και ένας μπατικός μαζί, (δηλαδή περίπου 29 cm) και δεν χρησιμοποιείται πολύ σήμερα παρά μόνο σε περιπτώσεις φέρουσας τοιχοποιίας. Οι τρόποι πλέξης ποικίλουν. Κοίλος: αποτελείται από δύο στρώσεις δρομικού τοίχου, συνδεδεμένες μεταξύ τους με συνδέσμους και την μεταξύ τους απόσταση κενή ή πληρωμένη με θερμομονωτικό υλικό. Χρησιμοποιείται συχνά ως εξωτερικός τοίχος κτιρίων από φέροντα οργανισμό σκυροδέματος ή χάλυβα παραλείποντας όμως συχνά τη σύνδεση των δύο στρώσεων με συνδέσμους. Με πυρήνα: Αποτελεί παραλλαγή του κοίλου τοίχου, όπου το κενό έχει πληρωθεί με σκυρόδεμα. (α) (β) (γ) Εικόνα 2.4 Δρομικοί τοίχοι (α) ορθοδρομικός (β) δρομικός (γ) φωτογραφία δρομικού

54 (α) (β) (γ) Εικόνα 2.5 Μπατικοί τοίχοι (α) δίστρωτος (β) με πλέξη (γ) φωτογραφία μπατικού τοίχου με πλέξη Εικόνα 2.6 Φωτογραφία υπερμπατικού τοίχου (α) (β) (γ) Εικόνα 2.7 (α) κοίλος τοίχος (β) τοίχος με πυρήνα (γ) φωτογραφία κοίλου τοίχου με θερμομονωτικό υλικό για την πλήρωση του κενού

55 Από στατικής άποψης και σύμφωνα με τον ΕΝ , οι φέροντες τοίχοι, ανάλογα με τον τρόπο όπλισης της τοιχοποιίας, διακρίνονται σε [14] : Άοπλη τοιχοποιία: Πρόκειται για κατασκευές φέρουσας τοιχοποιίας χωρίς ύπαρξη οπλισμού, που συναντώνται πάρα πολύ συχνά στον Ελλαδικό χώρο. Ωστόσο σχεδόν πάντοτε υπάρχουν οριζόντια διαζώματα, τουλάχιστον στη στάθμη των ανωφλίων τα οποία όμως πολλές φορές δεν συνεχίζονται σε όλη την περίμετρο του κτιρίου. Σημειώνεται ότι κτίρια φέρουσας τοιχοποιίας με τρία οριζόντια διαζώματα ανά όροφο (κατώφλια παραθύρων, ανώφλια και στάθμη οροφής) έχουν επιδείξει εξαιρετική σεισμική συμπεριφορά. Διαζωματική τοιχοποιία: Είναι ένα δομικό σύστημα που περιλαμβάνει οριζόντιες και κατακόρυφες ζώνες οπλισμένου σκυροδέματος ανά κανονικά διαστήματα, οι οποίες συνδέονται μεταξύ τους ώστε να περισφίγγουν τους άοπλους. Οπλισμένη τοιχοποιία: είναι η τοιχοποιία που σε όλο το μήκος της έχει σε ίσες αποστάσεις κατακόρυφο ή/και οριζόντιο οπλισμό. Ο οπλισμός αυτός μπορεί να είναι χάλυβας ή σύνθετα υλικά και μπορεί να τοποθετηθεί στον πυρήνα της τοιχοποιίας, στις παρειές της ή ακόμη και διάσπαρτος στα λιθοσώματα. Μπορεί επίσης να εφαρμοστεί προένταση αυτού με αποτέλεσμα να έχουμε προεντεταμένη τοιχοποιία. Οι βασικοί κανόνες δόμησης φέρουσας τοιχοποιίας με οπτόπλινθους είναι: Πρέπει να είναι γνωστά τα μηχανικά χαρακτηριστικά των λιθοσωμάτων και του κονιάματος και να είναι κοινά σε όλη την κατασκευή ισοπαχείς οριζόντιοι αρμοί αλληλεμπλοκή λιθοσωμάτων κατά το πάχος του τοίχου για να μην υπάρχει συνεχής κατακόρυφος αρμός οι αρμοί πρέπει να μην εξέχουν ή εισέχουν ως προς την επιφάνεια του τοίχου για να επιτυγχάνεται καλή απορροή νερού, αν όμως πρόκειται να επιχρισθεί ο τοίχος οι αρμοί πρέπει να εισέχουν για να εισχωρήσει το επίχρισμα στον αρμό και να συνδεθεί έτσι ισχυρά με τον τοίχο στις γωνίες ή διασταυρώσεις των τοίχων το μήκος έδρασης δεν πρέπει να είναι μικρότερο από το πλάτος των τοιχοσωμάτων

56 Στοιχεία φέροντος τοίχου Σε μια όψη φέροντος τοίχου διακρίνονται συνήθως τα τρία είδη επιμέρους δομικών στοιχείων που φαίνονται στην παρακάτω εικόνα: Εικόνα 2.8 Όψη φέροντος τοίχου και επιμέρους δομικά στοιχεία Οι «πεσσοί» αποτελούν στοιχεία μεγάλου ύψους (ύψος ορόφου ή απόσταση μεταξύ οριζοντίων διαζωμάτων) και μικρού πλάτους και απαντώνται μεταξύ δύο ψηλών ανοιγμάτων ή μεταξύ ανοίγματος και γωνίας κτιρίου. Η συμπεριφορά τους μοιάζει περισσότερο με αυτήν ενός υποστυλώματος. Παραλαμβάνουν υψηλά κατακόρυφα φορτία και όσον αφορά τις εντός επιπέδου δράσεις, συνήθως καταπονούνται περισσότερο καμπτικά. Τα «υπέρθυρα» ή «ανώφλια» αποτελούν στοιχεία μικρού ύψους και απαντώνται πάνω από ανοίγματα (πόρτες, παράθυρα). Η συμπεριφορά τους πλησιάζει αυτήν της δοκού. Το κατακόρυφο φορτίο που παραλαμβάνουν είναι μικρό και δεν το μεταφέρουν στην κατώτερη στάθμη αλλά στο οριζόντιο διάζωμα στο οποίο στηρίζονται. Όσον αφορά τις εντός επιπέδου δράσεις, συνήθως καταπονούνται περισσότερο διατμητικά. Τα «διατμητικά τοιχώματα» αποτελούν στοιχεία μεγάλης επιφάνειας που η συμπεριφορά τους προσομοιώνεται καλύτερα με αυτήν ενός τοιχείου. Μεταφέρουν μεγάλες κατακόρυφες και οριζόντιες δυνάμεις και όπως τα τοιχώματα οπλισμένου σκυροδέματος έτσι και σε αυτά παρατηρούνται κυρίως διατμητικές αστοχίες από εντός επιπέδου δράσεις.

57 ΠΑΘΟΛΟΓΙΑ ΑΟΠΛΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Ενδογενή αίτια βλαβών Όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή της παρούσας εργασίας, πολλά από τα συνήθη προβλήματα στη συμπεριφορά κτιρίων φέρουσας τοιχοποιίας έναντι σεισμού, οφείλονται σε ενδογενείς παράγοντες που αφορούν τον τρόπο κατασκευής του κτιρίου. Αναλυτικότερα εδώ αναφέρονται τους κάτωθι παράγοντες [13] : Ακατάλληλη μόρφωση φέροντος οργανισμού (έντονες μη κανονικότητες καθ ύψος ή σε κάτοψη, ύπαρξη μεγάλων και μη συμμετρικών ανοιγμάτων, ασυνέχειες πεσσών και υπέρθυρων) Χαμηλής ποιότητας υλικά και τρόποι δόμησης (απουσία ποιοτικών ελέγχων στο παρελθόν και παλαιές πρακτικές δόμησης) Πλημμελείς συνδέσεις μεταξύ κρίσιμων φερόντων στοιχείων της κατασκευής (έλλειψη αλληλεμπλοκής λιθοσωμάτων μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών φερόντων τοίχων, πλημμελής σύνδεση των ούτως ή άλλως εύκαμπτων πατωμάτων με φέροντες τοίχους που οδηγεί στην πλήρη απουσία διαφραγματικής λειτουργίας) Οι αιτίες αυτές, που οφείλονται στη μειωμένη γνώση του παρελθόντος για τη σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών, σε συνδυασμό με την παλαιότητά τους (κόπωση, ερπυσμός, υπάρχουσες βλάβες, πλημμελείς επεμβάσεις κλπ.), οδηγούν στην αυξημένη σεισμική τρωτότητα των κατασκευών αυτών Τρόποι καταπόνησης και συνήθεις μορφές αστοχίας Σε μιας τυπικής μορφής κατασκευή από φέρουσα τοιχοποιία, βασική καταπόνηση είναι η κατακόρυφη θλίψη των φερόντων τοίχων λόγω των μεγάλων αξονικών φορτίων που καλούνται να παραλάβουν. Ωστόσο, η μεγάλη θλιπτική αντοχή που έχει η φέρουσα τοιχοποιία καθιστά αυτή την καταπόνηση ως τη λιγότερο σημαντική για τα κτίρια φέρουσας τοιχοποιίας. Μάλιστα, επειδή σε αντίθεση με την θλιπτική αντοχή, η εφελκυστική αντοχή των στοιχείων τοιχοποιίας είναι αρκετά μικρή και λόγω αυτής παρατηρούνται οι περισσότερες βλάβες στα κτίρια, η θλιπτική καταπόνηση πολλές φορές λειτουργεί ευεργετικά στα καταπονούμενα τμήματα

58 τοιχοποιίας αφού μειώνονται οι εφελκυστικές τάσεις λόγω της ύπαρξης των πολύ υψηλών θλιπτικών. Οι σεισμικές οριζόντιες δυνάμεις είναι αυτές που προκαλούν τα περισσότερα προβλήματα στα κτίρια φέρουσας τοιχοποιίας αφού έχουν ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη εφελκυστικών τάσεων. Αυτό συμβαίνει με τους ακόλουθους μηχανισμούς: Εντός επιπέδου διάτμηση (λοξός εφελκυσμός) Εντός επιπέδου κάμψη Εκτός επιπέδου κάμψη Στην εικόνα 2.9 γίνεται μια ενδεικτική παρουσίαση των μορφών αυτών καταπόνησης και των θέσεων στις οποίες παρουσιάζονται. Εικόνα 2.9 Τρόποι καταπόνησης στοιχείων φέρουσας τοιχοποιίας λόγω σεισμού [14] Στον παρακάτω πίνακα βλέπουμε συγκεντρωτικά τις διάφορες μορφές αστοχίας που παρατηρούνται σε στοιχεία φέρουσας τοιχοποιίας λόγω των καταπονήσεων αυτών, καθώς και την αιτία που προκάλεσε τις ρωγμές αυτής της μορφής στην εκάστοτε θέση.

59 Πίνακας 2.2 Συγκεντρωτικός πίνακας με κατηγορίες ρωγμών, μορφολογία αυτών και αιτίες πρόκλησής τους [13] ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΡΩΓΜΩΝ ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΑΙΤΙΕΣ ΠΡΟΚΛΗΣΗΣ ΔΙΑΓΩΝΙΕΣ ΚΑΜΠΤΙΚΕΣ ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΕΣ ΣΥΜΠΑΓΕΙΣ ΤΟΙΧΟΙ ΤΟΙΧΟΙ ΜΕ ΑΝΟΙΓΜΑΤΑ ΣΤΑ ΑΚΡΑ ΤΩΝ ΠΕΣΣΩΝ ΣΤΑ ΑΚΡΑ ΤΩΝ ΥΠΕΡΘΥΡΩΝ ΠΕΡΙ ΤΩΝ ΜΕΣΩΝ ΤΟΥ ΤΟΙΧΟΥ ΣΤΗ ΘΕΣΗ ΣΥΝΑΝΤΗΣΗΣ ΔΥΟ ΤΟΙΧΩΝ Εμφανίζονται κατά τη διαγώνιο του τοίχου, είτε σε όλο το μήκος, είτε σε ένα τμήμα της. Εμφανίζονται στις γωνίες θύρων ή παραθύρων και είναι παράλληλες προς τη μία ή και τις δύο διαγωνίους του τοίχου. Είναι οριζόντιες ρωγμές που εμφανίζονται στην κορυφή ή/και στη βάση των πεσσών. Είναι κατακόρυφες ρωγμές που εμφανίζονται στα άκρα των ανοιγμάτων συγκεκριμένα στα υπέρθυρα. Εμφανίζονται σε τοίχους περί το μέσον του μήκους τους και ξεκινούν από τη στέψη του τοίχου με επέκτασή τους προς τα κάτω. Εμφανίζονται στη θέση συνάντησης δύο τοίχων αμέσως μετά τη γωνία. Ξεκινούν από τη στέψη του τοίχου και επεκτείνονται προς τα κάτω. Προκαλούνται λόγω δράσης σεισμού παράλληλη στον διαμήκη άξονα του τοίχου, η οποία ρηγματώνεται όταν η εφελκυστική παραμόρφωση της ξεπεράσει την εφελκυστική αντοχή του τοίχου. Οφείλονται σε ροπές κάμψης που αναπτύσσονται στα άκρα των εύκαμπτων στοιχείων, αφού οι πεσσοί και τα υπέρθυρα στα οποία εκδηλώνονται τέτοιου είδους ρωγμές έχουν μικρό μήκος σε σχέση με το ύψος τους. Οφείλονται σε καμπτική λειτουργία του τοίχου εκτός του επιπέδου του. Δηλαδή η διεύθυνση του σεισμού είναι κάθετη στο επίπεδο του τοίχου και ο τοίχος συμπεριφέρεται σαν μία τριέρειστη πλάκα, στην οποία εφαρμόζεται ομοιόμορφα κατανενημένο φορτίο.

60 Ενώ στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε αυτές (και άλλες) τις περιπτώσεις συγκεντρωμένες σε τυπικό κτίριο φέρουσας τοιχοποιίας. Εικόνα 2.10 Συνήθεις μορφές και θέσεις αστοχίας σε τυπική κατασκευή φέρουσας τοιχοποιίας [15] Ειδικότερα και για τους σκοπούς της συγκεκριμένης εργασίας, αναφέρονται οι πιθανές μορφές αστοχίας δοκιμίου φέρουσας τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση [15]. Διατμητική αστοχία: διατμητικές ρηγματώσεις υπό γωνία Σχ.2.1) λαμβάνουν χώρα σε τοίχους με μεγάλο αξονικό φορτίο, μικρή διατμητική αντοχή και μικρό λόγο μήκους προς ύψος συνήθως 1:1 έως 1:1.5. Αυτή η ανεπιθύμητη μορφή αστοχίας λαμβάνει χώρα όταν οι κύριες εφελκυστικές τάσεις, που αναπτύσσονται από τον συνδυασμό κατακόρυφων και οριζόντιων φορτίων, υπερβαίνουν την εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας. Στο μέγιστο οριζόντιο φορτίο, διαγώνιες ρωγμές σχηματίζονται και ακολουθούν τους οριζόντιους και κατακόρυφους αρμούς, για την περίπτωση ισχυρών οπτόπλινθων και αδύναμων κονιαμάτων ή διαπερνούν τα λιθοσώματα, για την περίπτωση ασθενών οπτόπλινθων και ισχυρού κονιάματος. Η πιθανότητα η

61 ρηγμάτωση να επεκταθεί και στα λιθοσώματα αυξάνεται με το αξονικό φορτίο, γεγονός που επιφέρει ψαθυρή αστοχία. Ολίσθηση: Οριζόντια ρηγμάτωση κατά μήκος των αρμών (2 η περίπτωση Σχ.2.1) αποτελεί σύνηθες φαινόμενο σε ελεύθερους τοίχους (προβόλους) και λαμβάνει χώρα όταν αστοχεί η διεπιφάνεια τσιμεντοκονιάματος και οπτόπλινθου (υπέρβαση των δυνάμεων συνάφειας) σε τοίχους με σύνηθες λόγο πλευρών 1:1 ή ακόμα και μεγαλύτερων έως 2:1 στην περίπτωση ύπαρξης μικρών αξονικών φορτίων και μικρού συντελεστή στατικής τριβής. Αυτή η μορφή αστοχίας αναφέρεται ως ολίσθηση λόγω της σχετικής οριζόντιας μεταφορικής κίνησης του άνω τμήματος της τοιχοποιίας σε σχέση με το κάτω. Λικνισμός «Rocking»: Η 3 η περίπτωση του Σχ.2.1 λαμβάνει χώρα σε περιπτώσεις μεγάλου λόγου καμπτικής ροπής προς διατμητική δύναμη ή αυξημένη 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 στης γωνίες του τοίχου και αποκόλληση των αρμών στην εφελκυόμενη ζώνη. Σχήμα 2.1 Μορφές αστοχίας δοκιμίων σε εντός επιπέδου καταπόνηση [15] Ωστόσο, σε δοκίμια με λόγο πλευρών σημαντικά μεγαλύτερο της μονάδας (συμπεριφορά τύπου δοκού ή υποστυλώματος), δεν αποκλείεται να παρατηρηθούν και καμπτικές αστοχίες όπως αναφέρθηκε παραπάνω για πεσσούς και υπέρθυρα.

62 ΑΝΤΟΧΗ ΑΟΠΛΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Η τοιχοποιία σαν δομικό υλικό παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις στα μηχανικά της χαρακτηριστικά καθότι είναι ιδιαίτερα ανομοιογενές από άποψη υλικών και τρόπου δόμησης. Επομένως, οι παράγοντες που επηρεάζουν τα μηχανικά της χαρακτηριστικά είναι πολλοί, με σημαντικότερους τους εξής: Τα χαρακτηριστικά των λιθοσωμάτων, δηλαδή από την αντοχή, τον τύπο τους και τη γεωμετρία τους (συμπαγή, διάτρητα, είδος και ποσοστό οπών, σχετικό ύψος) και την υδατοαπορροφητικότητά τους. Τα χαρακτηριστικά του κονιάματος, δηλαδή την αντοχή και σύνθεση του μείγματος (λόγος νερού προς τσιμέντο, συγκράτηση ύδατος), το σχετικό πάχος του κονιάματος σε σχέση με το λιθόσωμα και τη σχετική παραμόρφωση των δύο υλικών. Τις συνθήκες που επικρατούν στην τοιχοποιία, δηλαδή τον τρόπο εμπλοκής των λιθοσωμάτων, τη διεύθυνση φόρτισης, τις τοπικές αυξήσεις τάσεων, τον τρόπο επιβολής του φορτίου κ.ά. Το υλικό και το πάχος του αρμού. Έχει παρατηρηθεί ότι όσο ο λόγος του πάχους του αρμού προς το ύψος των τοιχοσωμάτων αυξάνεται, τόσο το λιθόσωμα τείνει να αστοχήσει εξαιτίας πλευρικής ολίσθησης λόγω των παραμορφώσεων του υλικού του αρμού. Κατασκευαστικές λεπτομέρειες όσον αναφορά : - Συγκεντρωμένα φορτία, των οποίων η επίδραση εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως τον λόγο της φορτιζόμενης επιφάνειας προς το μήκος του τοίχου, τη θέση του φορτίου κατά μήκος του τοίχου, τον τρόπο επιβολής του φορτίου κατά το πάχος του τοίχου, τον τύπο και το υλικό της τοιχοποιίας, τον λόγο του ύψους προς το μήκος και το πάχος του τοίχου και τον αριθμό των συγκεντρωμένων φορτίων. - Εγκοπές στο σώμα του τοίχου, που είναι ιδιαίτερα επιβλαβείς σε λεπτούς τοίχους και κυρίως όταν έχουν οριζόντια ή διαγώνια διεύθυνση, οπότε επηρεάζουν μεγάλο μέρος του τοίχου. Την ποιότητα κατασκευής, καθώς η τοιχοποιία κατασκευάζεται επί τόπου του έργου από εργατοτεχνικό προσωπικό (του οποίου η εμπειρία ποικίλει), υπό διάφορες κλιματολογικές συνθήκες, με υλικά που μπορεί να μην πληρούν της προδιαγραφές της πολιτείας.

63 Θλιπτική αντοχή Παρακάτω περιγράφονται μερικές ημιεμπειρικές σχέσεις που έχουν προταθεί για τον υπολογισμό της θλιπτικής αντοχής τοιχοποιίας. Οι σχέσεις αυτές (με εξαίρεση αυτήν του Ευρωκώδικα) δίνουν μέση θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας, συναρτήσει της μέσης θλιπτικής αντοχής των τοιχοσωμάτων (fbc) και/ή του κονιάματος (fmc). Σχέσεις Hendry (1981) [16] f f f wc wc wc f [MPa] (2.1) bc 3 fmc [MPa] (2.2) 4 fmc [MPa] (2.3) Σχέσεις Τάσιου [17] f f f f [MPa] (2.4) bc bc mc mc (1983) f 1.4 (1985) wc , 3 f a f f f wc bc bc mc f a f 0.4( f f ), f f wc mc bc mc bc mc Όπου α ο λόγος πάχους αρμού προς ύψος λιθοσώματος [MPa] (2.5) Σχέση Τάσιου Χρονόπουλου (1986) [1] 2 f f f 3 wc bc mc [MPa] (2.6) όπου α: συντελεστής που εκφράζει της επιρροή της μορφής του λιθοσώματος (και του τρόπου δομήσεως) = 0 MPaγια οπτόπλινθους β: συντελεστής που εκφράζει την επιρροή της ποιότητας του κονιάματος (για λιθοδομή ή πλινθοδομή) = 0.1 για πλινθοδομές ξ: συντελεστής που εκφράζει την επιρροή του πάχους των αρμών και του όγκου του κονιάματος και λαμβάνεται υπόψη αν η ποσότητα του κονιάματος είναι σημαντική 1/ (2.6α)

64 όπου : κ = όγκος κονιάματος / όγκος τοιχοποιίας κ για οπτοπλινθοδομή Για τοιχοδομές με υλικά χαμηλής ποιότητας, μπορεί να χρησιμοποιηθεί η εξής σχέση [17] : Σχέση Engesser (1907) [18] Σχέση Brocker (1961) [19] Σχέση Guidi (1966) [20] f wc 2 fwc fbc 0.1 fmc [MPa] 3 (2.7) 1 2 fwc fbc fmc [MPa] 3 3 (2.8) f 0.7 f f [MPa] (2.9) 3 wc bc mc fbc 1 log fmc 0.5 a [MPa] (2.10) όπου α = 6 για οπτόπλινθους Σχέση Ευρωκώδικα 6 Ο Ευρωκώδικας 6 (ΕΝ ) δίνει στην παράγραφο την ακόλουθη σχέση, βάσει της οποίας υπολογίζεται η χαρακτηριστική τιμή της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας και όχι η μέση τιμή που δίνεται στις προηγούμενες σχέσεις. Επίσης, η θλιπτική αντοχή των τοιχοσωμάτων είναι ανηγμένη ως προς τις διαστάσεις του, μέσω ενός συντελεστή δ που δίδεται παρακάτω. f K f f [MPa] (2.11) a b wc, k b' mc Όπου για τοιχοποιία η οποία κατασκευάζεται με κονίαμα γενικής εφαρμογής: α = 0.7 β = 0.3 fb :ανηγμένη θλιπτική αντοχή του λιθοσώματος f b' f (2.11α) δ: συντελεστής αναγωγής συναρτήσει του ύψους και της ελαχίστης από τις άλλες δύο διαστάσεις του λιθοσώματος, που δίνεται από τον παρακάτω πίνακα (δίδεται στο ΕΝ 772-1) b

65 Πίνακας 2.3 Συντελεστής αναγωγής δ για τη θλιπτική αντοχή των λιθοσωμάτων Ύψος τοιχοσώματος [mm] Ελάχιστη οριζόντια διάσταση [mm] Για τη χρήση του πίνακα 2.3 σημειώνεται ότι όταν οι δράσεις είναι παράλληλες προς την διεύθυνση των οριζόντιων αρμών η χρησιμοποιούμενη ανηγμένη θλιπτική αντοχή του λιθοσώματος, fb c, θα λαμβάνεται από δοκιμές στις οποίες η διεύθυνση εφαρμογής του φορτίου στο δοκίμιο θα ταυτίζεται με την διεύθυνση εφαρμογής της δράσεως στην τοιχοποιία. Στην περίπτωση αυτήν, πάντως, ο συντελεστής δ, ο οποίος δίδεται στο ΕΝ 772-1, δεν θα λαμβάνεται μεγαλύτερος από 1.0. Κ : είναι συντελεστής εξαρτώμενος από τον τύπο των τοιχοσωμάτων και του κονιάματος και οι τιμές του δίνονται από τον παρακάτω πίνακα. Οι ανωτέρω σχέσεις ισχύουν υπό την προϋπόθεση ότι πληρούνται οι ακόλουθες απαιτήσεις (όσον αφορά τη χρήση κονιάματος γενικής εφαρμογής): 1. οι κατασκευαστικές λεπτομέρειες της τοιχοποιίας ακολουθούν το Κεφάλαιο 8 του ΕΝ όλοι οι αρμοί ικανοποιούν τις απαιτήσεις της παραγράφου του EN , ώστε να θεωρούνται πλήρεις 3. η fb c δεν θα λαμβάνεται μεγαλύτερη από 75 N/mm 2, όταν για την κατασκευή της τοιχοποιίας χρησιμοποιείται κονίαμα γενικής εφαρμογής 4. η fmc δεν λαμβάνεται μεγαλύτερη από 20 N/mm 2 και 2fb c, όταν για την κατασκευή της τοιχοποιίας χρησιμοποιείται κονίαμα γενικής εφαρμογής

66 το πάχος της τοιχοποιίας ισούται με το πλάτος ή με το μήκος του λιθοσώματος, έτσι ώστε να μην υπάρχει αρμός κονιάματος παράλληλος με τις όψεις του τοίχου σε όλο ή σε τμήμα του μήκους του 6. ο συντελεστής μεταβλητότητας της αντοχής των λιθοσωμάτων δεν υπερβαίνει το 25% Πίνακας 2.4 Τιμές του συντελεστή Κ για αργιλικά λιθοσώματα και κονίαμα γενικής Αργιλικά εφαρμογής (τμήμα του πίνακα 3.3 του EN ) Λιθοσώματα Κονίαμα γενικής εφαρμογής Ομάδα Ομάδα Ομάδα Ομάδα Για τη χρήση του πίνακα 2.4 σημειώνεται, επίσης, ότι: Για τοιχοποιία κατασκευαζόμενη με κονίαμα γενικής εφαρμογής, όταν υπάρχει διαμήκης αρμός κονιάματος σε όλο ή σε τμήμα του μήκους του, οι τιμές του συντελεστή Κ μπορούν να προκύπτουν από τις αντίστοιχες τιμές του Πίνακα 3.3 πολλαπλασιασμένες επί 0.8. Όταν οι δράσεις είναι παράλληλες προς την διεύθυνση των οριζόντιων αρμών, στην περίπτωση λιθοσωμάτων Ομάδων 2 και 3, η τιμή του συντελεστή Κ θα πρέπει να πολλαπλασιάζεται επί 0.5. Όσον αφορά τη σχέση τάσης παραμόρφωσης στην περίπτωση μονοαξονικής θλίψης, γενικά γίνεται η παραδοχή ελαστικής συμπεριφοράς μέχρι ενός σημείου «διαρροής» όπου παρουσιάζονται οι πρώτες σημαντικές βλάβες και πέραν του οποίου υπάρχει μια μικρή ακόμα δυνατότητα ανάπτυξης παραμορφώσεων μέχρι την αστοχία, χωρίς όμως την αύξηση της τάσης. Δηλαδή η εξιδανικευμένη καμπύλη τάσης-παραμόρφωσης είναι:

67 Σχήμα 2.2 Εξιδανικευμένη καμπύλη θλιπτικής τάσης παραμόρφωσης τοιχοποιίας Η εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας γενικά έχει μικρή τιμή και συνήθως θεωρείται αμελητέα. Μπορεί όμως να προσδιοριστεί και ως ποσοστό της θλιπτικής αντοχής, με συνηθέστερες τις σχέσεις: fwt = 0.10fwc ή fwt = 0.065fb (2.12α) (2.12β) Αντοχή θλιβόμενων τοίχων υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση, εντός επιπέδου Στην περίπτωση που ένας τοίχος καταπονείται από οριζόντια πλευρική φόρτιση εντός του επιπέδου του, λαμβάνουν χώρα, ταυτόχρονα, διατμητικά και καμπτικά φαινόμενα με αποτέλεσμα να καθίσταται δύσκολη η πρόβλεψη της συμπεριφοράς του. Στην παράγραφο αυτή παρουσιάζεται το μηχανικό προσομοίωμα που περιγράφει την αναμενόμενη συμπεριφορά άοπλης τοιχοποιίας σε αυτή την περίπτωση φόρτισης, ανάλογα με την αναμενόμενη μορφή αστοχίας. Πρόκειται για το προσομοίωμα των Mann & Muller (1982) η οποία βασίστηκε πάνω σε βασικές αρχές ισορροπίας και μηχανικής, με αποτέλεσμα να επιτρέπει την εκτίμηση της αντοχής της τοιχοποιίας με καλύτερο και πιο γενικό τρόπο από ότι πολλά εμπειρικά προσομοιώματα. Οι βασικές υποθέσεις της θεωρίας είναι: Η τάσεις που δρουν παράλληλα στους οριζόντιους αρμούς είναι πολύ μικρές και θεωρούνται αμελητέες.

68 Η διατμητικές και οι ορθές τάσεις έχουν ομοιόμορφη κατανομή στη διατομή της τοιχοποιίας. Επομένως αντιπροσωπεύεται η μέση τιμή της τάσης. Δεν μεταφέρονται διατμητικές τάσεις μέσω κατακόρυφων αρμών. Η εφελκυστική αντοχή των τοίχων θεωρείται αμελητέα. Η τοιχοποιία συμπεριφέρεται γραμμικά ελαστικά. Η θεωρία των Mann & Muller έδειξε ότι ανάλογα με το μέγεθος της ορθής και της διατμητικής τάσης (fn και τm) αναμένεται διαφορετικής μορφής αστοχία, πράγμα που φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα: Σχήμα 2.3 Περιβάλλουσα αστοχίας τοίχων υπό συνδυασμό ορθής και διατμητικής τάσης κατά Mann & Muller. Γενικότερα πάντως, η μορφή αστοχίας εξαρτάται από τη γεωμετρία των τοίχων, τις συνθήκες στήριξης, τη στάθμη του κατακόρυφου φορτίου και τα μηχανικά χαρακτηριστικά του λιθοσώματος και του κονιάματος. Ο λόγος διάτμησης αs (shear ratio) είναι μια ένδειξη με την οποία καθορίζεται εάν η συμπεριφορά του τοίχου θα είναι καμπτική ή διατμητική ανάλογα με τη μορφή αστοχίας. Ο λόγος διάτμησης ορίζεται ως: M s V l w (2.13) όπου Μ: η αναπτυσσόμενη ροπή στη βάση του τοίχου,

69 V: η αναπτυσσόμενη τέμνουσα δύναμη και lw το μήκος του τοίχου. Η ροπή Μ εξαρτάται από τις συνθήκες στήριξης του τοίχου. Αν ο τοίχος θεωρείται πρόβολος τότε η ροπή Μ υπολογίζεται ως V hw, ενώ αν ο τοίχος θεωρείται αμφίπακτο στοιχείο, η ροπή υπολογίζεται ως V hw/2, όπου hw το ύψος του τοίχου. Τοίχος με λόγο διάτμησης μικρότερο του 1.00 οδηγεί σε διατμητική συμπεριφορά, τοίχος με λόγο διάτμησης μεγαλύτερο από 2.00 οδηγεί σε καμπτική συμπεριφορά, ενώ τοίχος με λόγο διάτμησης μεταξύ 1.00 και 2.00 χαρακτηρίζεται τόσο από καμπτική όσο και από διατμητική (μεικτή) συμπεριφορά. Σύμβολα: Ν: κατακόρυφη δύναμη (θλιπτική) V: οριζόντια δύναμη hw: το ύψος του στοιχείου lw: το μήκος του τοίχου tw: το πάχος του τοίχου (ενεργό πάχος σε περίπτωση μη συμπαγούς τοίχου) σ: ορθή τάση τm: μέση διατμητική τάση τu: μέγιστη διατμητική τάση fvw0: διατμητική αντοχή με μηδενική κατακόρυφη ορθή τάση (συνάφεια μεταξύ λιθοσώματος και κονιάματος) η οποία δίνεται από τον παρακάτω πίνακα 2.6 Πίνακας 2.5 Τιμές της fvk0 για κονιάματα γενικής εφαρμογής και αργιλικά λιθοσώματα (τμήμα Υλικό λιθοσώματος Άργιλος του πίνακα 3.4 του EN ) fvk0 (N/mm 2 ) Κονίαμα γενικής εφαρμογής δεδομένης κατηγορίας αντοχής Μ10-Μ Μ2.5-Μ Μ1-Μ2 0.10

70 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ ΤΥΠΟΥ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΟΥ ΤΟΙΧΩΜΑΤΟΣ Παρακάτω δίνονται οι σχέσεις που περιγράφουν τη συμπεριφορά της τοιχοποιίας ανάλογα με την αναμενόμενη μορφή αστοχίας, για πλευρική καταπόνηση θλιβόμενου τοίχου, με βάση τη διάταξη που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Σχήμα 2.4 Θλιβόμενος τοίχος υπό οριζόντια πλευρική φόρτιση Αστοχία μέσω ρωγμής που διέρχεται μόνο από τους αρμούς [1]. Η αστοχία αυτή συμβαίνει για μικρές τιμές της θλιπτικής τάσης. Η ρωγμή είναι διαγώνια, σύμφωνα με το Σχ. 2.5, και διέρχεται από το κέντρο του τοίχου. Σχήμα 2.5 Ρωγμή που διέρχεται μόνο μέσω των αρμών Η διατμητική τάση αστοχίας δίνεται από τη σχέση:

71 (2.14) u fvw Eπειδή η κατανομή της διατμητικής τάσης έχει παραβολική μορφή, η μέγιστη διατμητική τάση θα είναι: τmax=1.5τm. Για την συγκεκριμένη περίπτωση φόρτισης που εξετάζεται, είναι: τm=v/(lwtw) και σ=ν/(lwtw) δηλαδή: τmax=1.5 V/(lwtw) Επομένως η αστοχία θα επέλθει όταν: u max f vw 0 w w V / (l t ) l t (2.15) 1.5 w w V fvw Άρα ο έλεγχος επάρκειας για την περίπτωση αυτή γίνεται μέσω της σχέσης (2.15). Αστοχία μέσω ρωγμής που διέρχεται και από λιθοσώματα [1]. Σε αυτή την περίπτωση η αστοχία προέρχεται με θραύση των αρμών κονιάματος αλλά και λιθοσωμάτων κατά τη διεύθυνση της κύριας εφελκυστικής τάσης (ρηγμάτωση κάθετα στην κύρια εφελκυστική τάση) σε μια περιοχή κατά μήκος της φορτιζόμενης διαγωνίου που περιλαμβάνει και το κέντρο του τοίχου (βλ. παρακάτω σχήμα). Σχήμα 2.6 Ρωγμή που περιλαμβάνει και θραύση των λιθοσωμάτων

72 Στην περίπτωση αυτή η τοιχοποιία αντιμετωπίζεται ως ομοιογενές και ισότροπο υλικό που έχει μηχανικές ιδιότητες προσδιοριζόμενες μόνο από το λιθόσωμα. Με κριτήριο αστοχίας την 1 2 απλοποιημένη σχέση: 1 f f bt bc Όπου σ1 και σ2 είναι η κύρια εφελκυστική και η κύρια θλιπτική τάση αντίστοιχα, η τιμή των οποίων δίνεται από τη σχέση: 1, Τότε οδηγούμαστε, για την διατμητική τάση αστοχίας, στη σχέση: u 2 u 1 1 fbc fbt 1 1 f f bc bt (2.16) Ομοίως με πριν, λοιπόν, καταλήγουμε στην εξίσωση (2.17) για τον έλεγχο επάρκειας για αυτή την περίπτωση: V l t f f 1 1 fbc fbt w w bc bt (2.17) Θλιπτική θραύση στη βάση του τοίχου [1]. Στην περίπτωση αυτή η αστοχία επέρχεται λόγω υπέρβασης της θλιπτικής αντοχής στο περισσότερο θλιβόμενο άκρο της βάσης του τοίχου. Διακρίνονται δύο περιπτώσεις: - Προηγείται εφελκυστική ρηγμάτωση του περισσότερο εφελκυόμενου ορίου. - Δεν έχει προηγηθεί εφελκυστική ρηγμάτωση του περισσότερο εφελκυόμενου ορίου. Από απλές σχέσεις μηχανικής των υλικών και ανάλυση της ορθογωνικής διατομής που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, βρίσκουμε τις ορθές τάσεις που ασκούνται στη βάση του τοίχου.

73 Σχήμα 2.7 Προφίλ τάσεων και παραμορφώσεων στη βάση καμπτόμενου τοίχου Η ροπή κάμψης στη βάση θα ισούται με Μ=Vhw, η ροπή αδράνειας της διατομής που αντιστέκεται στην κάμψη θα είναι Ι=twlw 3 /12 και οι ορθές τάσεις στα άκρα Α και Β, λόγω αξονικής δύναμης και κάμψης, θα ισούνται αντίστοιχα με: M M ( lw / 2) και B ( lw / 2) I I N Vh N Vh ( l / 2) και l t l t l t l t ( l / 2) w w 3 w B 3 w w w w w /12 w w w w /12 Nl 6Vh Nl 6Vh και (2.18) w w w w 2 B 2 lw tw lw tw Αν η σα είναι αρνητική τότε θα υπάρχει ρωγμή στο εφελκυόμενο άκρο του τοίχου (Α) και το άκρο Β θα αστοχήσει σε θλίψη όταν σβ = fwc. Αν η σα είναι θετική τότε δεν θα υπάρχει εφελκυόμενο άκρο και το άκρο Β θα αστοχήσει σε θλίψη όταν σβ = fwc. Τελικά, πάντως, ο έλεγχος επάρκειας θα γίνει από τη σχέση σβ = fwc, δηλαδή: Nl 6Vh l t w 2 w w w fwc (2.19)

74 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ ΤΥΠΟΥ ΠΕΣΣΟΥ Ή ΥΠΕΡΘΥΡΟΥ Στην περίπτωση του στοιχείου τύπου πεσσού ή υπέρθυρουπου φορτίζεται πλευρικά με βάση τη διάταξη που βλέπουμε στα επόμενα σχήματα, λόγω της διαφορετικής διάταξης, το μόνο που αλλάζει από άποψη στατικής είναι ότι η δρώσα τέμνουσα στη διατομή είναι V/2 και ότι στα στοιχεία τύπου υπέρθυρου η αξονική δύναμη είναι τόσο μικρή που για λόγους απλούστευσης και χωρίς σημαντικό σφάλμα, επιλέγεται να αγνοείται. Σχήμα 2.8 Πλευρική φόρτιση για στοιχείο τύπου πεσσού Σχήμα 2.9 Πλευρική φόρτιση για στοιχείο τύπου υπέρθυρου

75 Επομένως οι έλεγχοι ασφαλείας που παρουσιάστηκαν για τα στοιχεία τύπου διατμητικού τοιχώματος τώρα μετατρέπονται στις ακόλουθες σχέσεις: Αστοχία μέσω ρωγμής που διέρχεται μόνο από τους αρμούς. lwt w V / 2 fvw (2.20) 1.5 Αστοχία μέσω ρωγμής που διέρχεται και από λιθοσώματα. V / 2 l t 1.5 Θλιπτική θραύση στη βάση του τοίχου 1 1 f f 1 1 fbc fbt w w bc bt Nl 3Vh t w 2 lw w w (2.21) fwc (2.22) Όπου βέβαια σ=0 MPa και Ν=0 kν για την περίπτωση που γίνεται έλεγχος σε υπέρθυρα αφού όπως αναφέρθηκε, το αξονικό τους φορτίο θεωρείται μηδέν. Επίσης, αξίζει να σημειωθεί ότι ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δίνεται στη θλιπτική αντοχή του τοίχου που χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς. Αυτό συμβαίνει γιατί ανάλογα με την διεύθυνση των ορθών τάσεων (κάθετα ή παράλληλα στους αρμούς) πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και η αντίστοιχη αντοχή του τοίχου καθώς διαφέρει στις δύο αυτές διευθύνσεις Ελαστικά χαρακτηριστικά Για το μέτρο ελαστικότητας της τοιχοποιίας υπάρχουν οι σχέσεις: Ew = a*fwc ή Εw = b*eb Όπου: aκαι b συντελεστές που δίνονται από τον παρακάτω πίνακα fwc η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας Εb το μέτρο ελαστικότητας των λιθοσωμάτων

76 Πίνακας 2.6 Συντελεστές a και b για θεωρητικό υπολογισμό μέτρου ελαστικότητας της τοιχοποιίας Αντοχή κονιάματος Χαμηλή Μέση Υψηλή a b Γενικά όμως υιοθετείται η σχέση: Εw = 1000 fwc (2.23) Στην περίπτωση που υπάρχουν πειραματικά δεδομένα τότε σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα 6 και το ΕΝ , το μέτρο ελαστικότητας προτείνεται να βρίσκεται ως το τέμνον μέτρο ελαστικότητας που αντιστοιχεί σε τάση (1/3)fwc, ενώ προτείνεται επίσης να παραλείπεται το πρώτο 5% της καμπύλης γιατί επηρεάζεται έντονα από τον τρόπο επιβολής του φορτίου και από τις τοπικές συνθήκες. Ουσιαστικά λοιπόν, λαμβάνεται υπόψη η κλίση της χορδής που διέρχεται από τα σημεία της καμπύλης τάσης παραμόρφωσης που αντιστοιχούν το 5% και στο 33% της μέγιστης τάσης. Ο λόγος Poisson προσδιορίζεται από το παρακάτω διάγραμμα: Σχήμα 2.10 Διάγραμμα θεωρητικού υπολογισμού λόγου Poisson (ν) τοιχοποιίας Το μέτρο διάτμησης δίνεται από τη σχέση: E G (2.24) (1 ) 2

77 ΟΠΛΙΣΜΕΝΗ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΜΕ ΙΝΟΠΛΕΓΜΑΤΑ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ ΜΗΤΡΑΣ Στην παράγραφο αυτή περιγράφεται το προσομοίωμα διαστασιολόγησης των επεμβάσεων σε τοιχοποιία με τη χρήση των ΙΑΜ, το οποίο στην παρούσα εργασία θα χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς των ενισχυμένων δοκιμίων (βλ. Κεφ. 4 και 6). Επειδή στη συγκεκριμένη εργασία οι εξισώσεις που θα αναφερθούν εδώ, θα χρησιμοποιηθούν για σκοπούς αποτίμησης φέρουσας ικανότητας και όχι για σχεδιασμό, θα χρησιμοποιηθούν μέσες τιμές αντοχών των υλικών και όχι τιμές σχεδιασμού. Τα προσομοίωμα, λοιπόν, εδώ παρουσιάζεται με τη λογική της χρήσης του για αποτίμηση υπάρχοντος ενισχυμένου μέλους και όχι σχεδιασμό νέας επέμβασης. Για μια τέτοια περίπτωση, οι συντελεστές ασφάλειας, φόρτισης και υλικών, λαμβάνονται ίσοι με τη μονάδα. Γενικά για τον υπολογισμό και την διαστασιολόγηση τοιχοποιίας ενισχυμένης με σύνθετα υλικά, χρησιμοποιούνται μέθοδοι και παραδοχές που ισχύουν για το σκυρόδεμα, και οι οποίες έχουν προσαρμοστεί για την περίπτωση της τοιχοποιίας. Έτσι για την περίπτωση της εντός επιπέδου κάμψης ο Α. Χ. Τριανταφύλλου (2005) πρότεινε για τη οριακή κατάσταση αντοχής μία μεθοδολογία υπολογισμού του μηχανικού ποσοστού οπλισμού του σύνθετου υλικού (δύσκαμπτες λωρίδες ή λωρίδες υφάσματος), της ροπής αντοχής της διατομής και του ύψους της θλιβόμενης ζώνης, η οποία βασίζεται στις εξισώσεις ισορροπίας σε επίπεδο διατομής, που προκύπτουν από την συμβατότητα των παραμορφώσεων, ορθογωνικό διάγραμμα κατανομής της τάσης που καταπονεί την θλιβόμενη ζώνη, και αγνοώντας την εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας θεωρεί ότι όλος ο εφελκυσμός αναλαμβάνεται από το σύνθετο υλικό. Ο οπλισμός θεωρείται, κατά προσέγγιση, ομοιόμορφα κατανεμημένος με συνολικό εμβαδόν Αf. Και σε αυτή την περίπτωση πιθανοί μηχανισμοί αστοχίας είναι α) η σύνθλιψη της τοιχοποιίας στη θλιβόμενη ζώνη πριν αστοχήσουν οι εξωτερικοί οπλισμοί (συνήθως λόγο αποκόλλησης, σπανιότερα λόγω εφελκυστικής θραύσης) και β) η αστοχία των συνθέτων υλικών (αποκόλληση, ή σπανιότερα, θραύση των ακραίων εφελκυόμενων λωρίδων) πριν εκδηλωθεί η θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας. Από την ανάλυση τάσεων παραμορφώσεων της διατομής μπορεί να ληφθεί υπόψη η συνεισφορά της ενίσχυσης των συνθέτων υλικών σε θλίψη ή να αγνοηθεί για απλοποίηση.

78 Προσομοιώματα τάσης παραμόρφωσης υλικών: Για την τοιχοποιία χρησιμοποιείται το προσομοίωμα που αναφέρθηκε στην παράγραφο το οποίο επαναλαμβάνεται εδώ: (Επανάληψη σχήματος 2.2: Εξιδανικευμένη καμπύλη θλιπτικής τάσης παραμόρφωσης τοιχοποιίας) Για το TRM χρησιμοποιείται το προσομοίωμα του παρακάτω σχήματος, το οποίο επεξηγείται αναλυτικά στην παράγραφο 3.4. Σχήμα 2.11 Εξιδανικευμένη καμπύλη εφελκυστικής τάσης παραμόρφωσης ΙΑΜ Καθώς δεν υπάρχουν ακόμα αξιόπιστα προσομοιώματα για τον υπολογισμό της παραμόρφωσης αποκόλλησης του σύνθετου υλικού, προτείνεται να χρησιμοποιείται η τιμή εtb = Άρα η τάση αποκόλλησης θα είναι ίση με 0.003E όπου: E t, tr max, Et t (2.25) Με σt,tr τη μέγιστη τάση στον αρχικό κλάδο του διαγράμματος και εt την αντίστοιχη παραμόρφωση.

79 ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΚΑΜΨΗ Για καμπτόμενα στοιχεία ο έλεγχος γίνεται λαμβάνοντας υπόψη μόνο τις κατακόρυφες ίνες του πλέγματος οι οποίες μπορούν να παραλάβουν τις εφελκυστικές τάσεις που αναπτύσσονται στην κρίσιμη διατομή. Η διάταξη αυτή για ένα στοιχείο τύπου διατμητικού τοιχώματος θα είναι η εξής: Σχήμα 2.12 Καμπτόμενο στοιχείο τοιχοποιίας οπλισμένης με ίνες σύνθετου υλικού Όπου με μαύρο χρώμα διακρίνονται οι ίνες του πλέγματος που είναι διατεταγμένες στην κατακόρυφη διεύθυνση, καθώς αυτές που βρίσκονται στην οριζόντια δεν ενεργοποιούνται σε φαινόμενα κάμψης. Το εν λόγω στοιχείο θεωρείται πακτωμένο στη βάση του, επομένως εκεί ασκείται η μέγιστη ροπή κάμψης (κρίσιμη διατομή στοιχείου). Το αξονικό φορτίο θεωρείται σταθερό καθ ύψος του δοκιμίου. Από ανάλυση διατομής, στην κρίσιμη διατομή του στοιχείου, προκύπτει ότι:

80 Σχήμα 2.13 Ανάλυση διατομής οπλισμένης τοιχοποιίας σε εντός επιπέδου καταπόνηση Για την περίπτωση αυτή ισχύει από ισορροπία δυνάμεων ότι: 1 L x k1 fwctx At t N 2 L (2.26) Όπου: σt = Etεt (2.27) Και από συμβιβαστό των παραμορφώσεων ισχύει ότι: L x t m t,lim min( tu, tb) L (2.28) Ορίζεται επίσης η ποσότητα: A E t wu t t (2.29) tl fwc Η αστοχία μπορεί να προέλθει από θλιπτική αστοχία του τοίχου στο θλιβόμενο άκρο ή από εφελκυστική αστοχία (θραύση ή αποκόλληση) του TRM στο εφελκυόμενο άκρο. Έτσι γίνεται διπλός έλεγχος: Θλιπτική αστοχία τοίχου: Η μέγιστη ροπή κάμψης που παραλαμβάνεται σε αυτή την περίπτωση είναι:

81 Όπου: Και: k1 = 0.8 k2 = 0.4 x 2 x (1 ) (1 2 ) M 1 1 L L 1 x x k (1 2 k ) x L 2 t 1 2 tl fwc Rd 12 2 L L 2 x 1 N N t t t 2 k1 t L t tlfwc tlf wc 2 2 k 1 2 (2.30) (2.31) Εφελκυστική αστοχία του TRM: Σε αυτή την περίπτωση ισχύουν οι εξισώσεις: Όπου: x x M 1 1 t,lim L L 1 x x 2 t k1 1 2k2 tl fwc Rd 2 wu 6 2 L L 1 t,lim N t x 2 wu tlf L 1 t,lim k1 t 2 wu x L x L wc w t,lim wu w 0.5 w, άν εw εw1 12 k1 2 1, άν ε ε ε 3000 w k 2 w1 w wu w, άν εw εw1 4( w) 1000 w(3000 w 4) 2, άν ε ε ε 2000 w(3000 w 2) w1 w wu (2.32) (2.33) (2.34) (2.35) (2.36)

82 ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΔΙΑΤΜΗΣΗ H μέγιστη δύναμη που μπορεί να παραληφθεί από τον ενισχυμένο τοίχο, ισούται με: R m t R,max V min V V, V (2.37) Όπου: V m tl (2.38) u V 0.9 L( nt ) f (2.39) t t t V R,max 2 (MPa) tl (2.40) n=1 ή 2, για μονόπλευρο ή αμφίπλευρο μανδύα αντίστοιχα Εναλλακτικά, η τέμνουσα που παραλαμβάνεται από το μανδύα του ΤRΜ (VRt ή Vt) μπορεί να υπολογιστεί και από το προσομοίωμα που περιγράφεται ακολούθως [21] : Σχήμα 2.14 Συνεισφορά πλέγματος με ίνες σε δύο κάθετες διευθύνσεις στην διατμητική αντίσταση (2.41) όπου εte,i είναι η ενεργός παραμόρφωση των ινών η οποία μπορεί να θεωρηθεί ως η μέση παραμόρφωση στις ίνες που διατρέχουν τη διατμητική ρωγμή κατά τη στιγμή της διατμητικής αστοχίας του μέλους Η σχέση (2.41), για την περίπτωση που:

83 Οι ίνες του πλέγματος είναι παράλληλες και κάθετες προς τον άξονα του μέλους που ενισχύεται, άρα και προς την διεύθυνση της δρώσας τέμνουσας δύναμης, τότε: o για τις γωνίες β1 και β2 ισχύει ότι β1 = 90 ο και β2 = 0 ο o για τις αποστάσεις s1 και s2 ισχύει ότι s1 = άνοιγμα βρογχίδας πλέγματος ενώ η απόσταση s2 ισούται με 0 και οι ίνες στην διεύθυνση κάθετη προς την τέμνουσα δύναμη δεν συνεισφέρουν στην αντοχή η γωνία θ ισούται περίπου με 45 ο όπως συμβαίνει συνήθως στην τοιχοποιία έχουμε n αριθμό στρώσεων πλέγματος τότε η σχέση γράφεται στη μορφή: At Vt n tee fib 0.9d s (2.42) Από την τελευταία εξίσωση παρατηρείται ότι αν αντικατασταθεί ο λόγος Αt/s με το ονομαστικό πάχος των ινών tf (η ισότητά τους αποδεικνύεται γεωμετρικά) και το γινόμενο εteefib με την ενεργό τάση σe (από το νόμο του Hooke), τότε η εξίσωση (2.42) γίνεται: V 0.9 d ( nt ) (2.43) t f e όπου και διαπιστώνεται η ομοιότητά της με την εξίσωση (2.39). Επομένως, βρίσκοντας την αντοχή του μανδύα από την εξίσωση (2.39) και εισάγοντάς την στην εξίσωση (2.43), μπορεί να εκτιμηθεί η ενεργός τάση των ινών σe. Προσοχή, ωστόσο, πρέπει να δοθεί στο γεγονός ότι η εξίσωση (2.39) χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά του ΙΑΜ ενώ η εξίσωση (2.43) μόνο των ινών του πλέγματος.

84 ΥΛΙΚΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΑΙ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ 3.1. ΙΝΕΣ ΣΥΝΘΕΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Είδη Ινών Πολλά υλικά παρουσιάζουν εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες όταν βρίσκονται σε μορφή ινών κυρίως λόγω της ελαχιστοποίησης των ατελειών στο σώμα του υλικού. Οι ίνες αυτές (συνήθως διαμέτρου 5-25 μm) αποτελούν τον κύριο φορέα ανάληψης των δυνάμεων (κατά κανόνα εφελκυστικών) στα σύνθετα υλικά. Επίσης, οι μηχανικές ιδιότητές τους επηρεάζουν την ίδια την αποδοτικότητα του σύνθετου υλικού σχετικά με την δυνατότητα ανάληψης φορτίων. Το βασικότερο χαρακτηριστικό που πρέπει να διαθέτουν οι ίνες για την χρησιμοποίησή τους ως φορέα ανάληψης δυνάμεων είναι η υψηλή εφελκυστική τους αντοχή, η μεγάλη παραμόρφωση αστοχίας τους, η μικρή χαλάρωσή τους λόγω μόνιμων φορτίων, τα ευνοϊκά χαρακτηριστικά τους για την δημιουργία συνθηκών συνάφειας, και η γραμμικά ελαστική συμπεριφορά τους μέχρι το σημείο θραύσης τους, σε αντίθεση με τον χάλυβα και με τον χάλυβα προέντασης που παρουσιάζουν διγραμμική συμπεριφορά και αυξημένη πλαστιμότητα. Σχήμα 3.1 Τυπικές καμπύλες εφελκυστικής τάσης παραμόρφωσης για διαφόρους τύπους ινών και σύγκριση με απλοποιημένες καμπύλες για χάλυβα [22]

85 Εικόνα 3.1 (άνω) Μετα-αραμιδιακές ίνες Nomex σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο [23] (κάτω) Τομή υψηλής αντοχής κλώνου από ίνες άνθρακα [24] Οι ίνες, ανάλογα με την μορφή και την διάταξή τους, κατατάσσονται σε διακριτές και σε συνεχείς. Οι διακριτές ίνες ενίσχυσης έχουν μικρό μήκος και χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση ψαθυρών υλικών π.χ. το σκυρόδεμα. Προσθέτοντας στον συνολικό όγκο του σκυροδέματος ίνες μικρού μήκους παράγεται το ινοπλισμένο σκυρόδεμα το οποίο διαθέτει βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες. Ουσιαστικά το ινοπλισμένο σκυρόδεμα είναι ένα σύνθετο υλικό με υψηλά επίπεδα ακαμψίας και αντοχής. Η προσθήκη ινών στο σκυρόδεμα αυξάνει την παραμορφωσιμότητα του υλικού και συμβάλλει στον περιορισμό της ρηγμάτωσης. Απόρροια αυτών αποτελεί η αύξηση της δυσθραυστότητας του υλικού, δηλαδή της ικανότητας να απορροφά ενέργεια κατά την παραμόρφωση πράγμα που εκφράζεται από το εμβαδόν που περικλείεται από την καμπύλη φορτίου παραμόρφωσης. Κριτήριο για τον χαρακτηρισμό των ινών ως διακριτών ή συνεχών αποτελεί ο συντελεστής σχήματος της ίνας που εκφράζεται από τον λόγο του μήκους l προς την διάμετρο των ινών d. Όπως είναι φυσικό, οι συνεχείς ίνες, προσδίδουν μεγαλύτερη αντοχή από τις διακριτές καθότι η τυχαία διεύθυνση των διακριτών ινών δεν επιτρέπει την πλήρη εκμετάλλευση των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Έτσι, γενικά, η αύξηση του μήκους τους συνεπάγεται και αύξηση της αντοχής.

86 Επίσης οι ίνες κατηγοριοποιούνται ανάλογα με την προέλευση του υλικού από το οποίο παράγονται. Μπορεί οι ίνες να είναι φυσικές, με προέλευση από φυτά ή ζώα για τις παλαιότερες εποχές ή από μεταλλεύματα, την σύγχρονη εποχή. Στην σύγχρονη εποχή, λόγω των ειδικών απαιτήσεων κατασκευάστηκαν και τεχνητές ίνες, είτε από οργανικά (πολυμερή) είτε από ανόργανα υλικά. Στις μέρες μας μάλιστα, οι πολυμερικές ίνες άνθρακα και αραμιδίου (μαζί με αυτές του γυαλιού) είναι αυτές που, χρησιμοποιούνται πλέον στις περισσότερες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων και των ενισχύσεων των κατασκευών. Τέλος, για εξειδικευμένες εφαρμογές υπάρχουν και οι ίνες από μεταλλικά και από κεραμικά υλικά, των οποίων μερικές χρήσεις είναι π.χ. στην αεροδιαστημική και τις εναέριες μεταφορές. Σχήμα 3.2 Κατηγοριοποίηση ινών ανάλογα με την προέλευση του υλικού κατασκευής τους [25] Οι ίνες που χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο στο πεδίο των ενισχύσεων των κατασκευών με σύνθετα υλικά είναι οι ίνες άνθρακα (ανθρακονήματα) και οι ίνες γυαλιού (υαλονήματα), ενώ σπανιότερα χρησιμοποιούνται και οι ίνες αραμιδίου και βασάλτη. Υπάρχουν όμως και ίνες από άλλα υλικά όπως το πολυπροπυλένιο, το πολυαιθυλένιο και η πολυβινυλική αλκοόλη που χρησιμοποιούνται στα ινοπλισμένα σκυροδέματα. Παρακάτω παρουσιάζονται οι βασικές ιδιότητες ινών από κάποια από τα υλικά, υπό μονοτονική φόρτιση και χωρίς να έχει ληφθεί υπ όψιν η επίδραση μακροχρόνιας φόρτισης και τυχόν δυσμενών περιβαλλοντικών παραγόντων.

87 Υλικό Πίνακας 3.1 Ενδεικτικές Ιδιότητες Ινών [22] Μέτρο Ελαστικότητας Εφελκυστική Αντοχή Οριακή Παραμόρφ. Αστοχίας [GPa] [MPa] [%] Υψηλής Αντοχής Άνθρακας Γυαλί Αραμίδ Υπερ-υψηλής Αντοχής Υψηλού Μέτρου Ελαστ Υπερ-υψηλού Μέτρου Ελαστ E Z S Χαμηλού Μέτρου Ελαστ. (Κέβλαρ 29) Υψηλού Μέτρου Ελαστ. (Κέβλαρ 29, Twaron) Ειδική αναφορά γίνεται για τις ύλες γυαλιού για τους σκοπούς της συγκεκριμένης εργασίας, εφόσον ίνες γυαλιού είναι αυτές που χρησιμοποιήθηκαν στην πειραματική διαδικασία της διατριβής αυτής. Οι ίνες υάλου (με πυκνότητα kg/m 3 ) πρωτοεμφανίστηκαν το 1935 από τον Owens Corning και είναι οι ίνες που χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο εξαιτίας του μικρού κόστους. Παράγονται με μηχανικό τρόπο από ύαλο που τήκεται, του οποίου κύριο χαρακτηριστικό είναι ότι δεν παρουσιάζει ούτε πλήρως κρυσταλλική δομή αλλά ούτε ιδιότητες ρευστού. Οι ίνες αυτές εμφανίζονται σε τρεις κυρίως μορφές: Η πρώτη μορφή είναι η E-glass, που είναι ο κοινός και πλέον συνηθισμένος τύπος υάλου για την παρασκευή σύνθετων υλικών. Το βασικό μειονέκτημά τους είναι ότι η δομή τους αποδείχθηκε ασταθής έναντι αλκαλικού περιβάλλοντος, όπως αυτό του σκυροδέματος. Συνήθως λοιπόν, αυτός ο τύπος ινών δεν συνίσταται για την χρήση σε πλέγματα ΙΑΜ που προορίζονται να χρησιμοποιηθούν ως εφελκυόμενος οπλισμός. Η δεύτερη μορφή είναι η AR-glass, που αναπτύχθηκε το 1970, και που παρουσιάζει μεγάλη αντοχή σε αλκαλικό περιβάλλον (εξ ου και το όνομα: Alkali Resistant). Η ανθεκτικότητα

88 αυτή οφείλεται στην προσθήκη ζιρκονίου σε ποσοστό 15% κατά βάρος. Παρόμοια συμπεριφορά εμφανίζει και ο τύπος Z-glass που περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα σε ζιρκόνιο. Η χρησιμοποίηση των ινών σε πλέγματα ως εφελκυόμενος οπλισμός ενδείκνυται διότι οι συνθήκες συνάφειας μεταξύ του πλέγματος των ινών AR (ή Ζ) και της μήτρας είναι πολύ ικανοποιητικές. Η τρίτη μορφή είναι η S-glass, που τα κύρια χαρακτηριστικά αυτού του τύπου είναι η υψηλή αντοχή, και το υψηλό μέτρο ελαστικότητας. Οι πρώτες ύλες για την παρασκευή ινών υάλου είναι ο ασβεστόλιθος, η πυριτική άμμος και ο πηλός. Τα υλικά αυτά τήκονται στους 1350 ο C και το προϊόν της τήξεως εκτοξεύεται με μεγάλη ταχύτητα ( m/s) από ένα περιστρεφόμενο στόμιο μεταβλητής διαμέτρου (9 27 μm) έτσι ώστε να παραχθούν νήματα ινών μεγάλου μήκους. Εν συνεχεία, τα νήματα επικαλύπτονται με μια κόλλα οργανικών πολυμερών διαλυμένη σε νερό και συντίθενται σε κλώνους. Το κυριότερο πλεονέκτημα όλων των τύπων ινών υάλου έναντι των υπολοίπων είναι το αρκετά χαμηλότερο κόστος, σχεδόν πέντε φορές κάτω του κόστους ινών άνθρακα και η υψηλή αντοχή. Στα μειονεκτήματα συγκαταλέγονται το χαμηλό μέτρο ελαστικότητας και η χαμηλή αντοχή έναντι φθοράς εκτριβής. [26] Διατάξεις ινών Επειδή οι ίνες όλων αυτών των σύνθετων υλικών είναι πολύ μικρές για το ανθρώπινο μάτι (διάμετρος 5-25 μm) και διακρίνονται μόνο με ισχυρά μικροσκόπια, γι αυτόν τον λόγο συνδυάζονται σε νήματα για να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν σε ανθρώπινες δραστηριότητες. Τα νήματα αυτά χρησιμοποιούνται έπειτα σε κλώνους ινών για να τοποθετηθούν μετά σε υφάσματα για σύνθετα υλικά. Η άλλη επιλογή είναι να χρησιμοποιηθούν οι κλώνοι ινών σε πλέγματα για σύνθετα υλικά. Οι ίνες των υλικών αυτών είναι συνήθως μεγάλου μήκους και διατίθενται σε μορφή νημάτων, όπου οι ίνες μέσα σε αυτά περιπλέκονται για να δημιουργήσουν μία πλεξίδα αρκετά μεγάλης διαμέτρου, κατάλληλη για μετέπειτα χρήση. Η κύρια προς το παρόν διαδικασία γίνεται με την προσθήκη άλλων συγκολλητικών ουσιών (συνήθως πολυμερών) που διατηρούν την δομή σταθερή.

89 Εικόνα 3.2 (α) Νήμα από μεταλλική ίνα υάλου, σε κανονικό μέγεθος και ένα μέρος αυτής σε μεγέθυνση [27] (β) Εικόνες από ηλεκτρονικό μικροσκόπιο που δείχνουν το πλέξιμο χιλιάδων ινών άνθρακα σε νήματα με μια καινούργια μέθοδο [28] (γ) Νήμα από ίνες άνθρακα με βάση το ρεγιόν [29] (δ) Νήμα από παρα-αραμίδιο της εταιρείας Taparan [30] (ε) Νήμα από ίνες υάλου (fiberglass) της εταιρείας DD Fiberglass [31] Με την σειρά τους, οι κλώνοι αποτελούνται από χιλιάδες νήματα ινών. Η λεπτότητα του κλώνου μετράται με τη μονάδα tex που δηλώνει το βάρος του κλώνου (σε gr) ανά μονάδα μήκους (1000 m). Ουσιαστικά, η λεπτότητα του κλώνου εξαρτάται από τον αριθμό των νημάτων, την πυκνότητά τους και την διάμετρό τους. Τα νήματα που συνθέτουν τον κλώνο είναι συνήθως ευθύγραμμα (rovings), αλλά είναι δυνατό να εμφανίζουν και στροφή γύρω από τον άξονα τους (yarns). Κατά την παραγωγή των κλώνων τα νήματα εμποτίζονται με κόλλα ή κάποια πολυμερή με σκοπό την δημιουργία ευνοϊκότερων συνθηκών συνάφειας μεταξύ τους αλλά και με την μήτρα που τις περιβάλλει. Επιπλέον, με την περιτύλιξη των νημάτων γύρω από τον κλώνο ή με την διαμόρφωση αδρής επιφάνειας στην επιφάνεια του κλώνου, βελτιώνονται περισσότερο οι συνθήκες συνάφειας (όπως βοηθούν άλλωστε και οι νευρώσεις στους οπλισμούς χάλυβα, στην συνάφεια με το σκυρόδεμα). Έτσι λοιπόν είναι δυνατό να κατατάξουμε τους κλώνους ινών ανάλογα με την μορφή που έχει η εξωτερική τους επιφάνεια. Οι κλώνοι αυτοί αποτελούνται από αρκετές εκατοντάδες νήματα ινών από άνθρακα, αραμίδιο, βασάλτη, γυαλί,

90 κλπ. Η πυκνότητα των κλώνων νημάτων υάλου (2800 kg/m 3 ) είναι υψηλότερη από εκείνη των κλώνων νημάτων άνθρακα και αραμιδίου. Ο αριθμός των νημάτων αυτών είναι ο καθοριστικότερος παράγοντας για τις μηχανικές ιδιότητες του κλώνου, αλλά και οι συνθήκες συνάφειας που παρατηρούνται μεταξύ του νημάτων είναι πολύ σημαντικές. [36] Οι κλώνοι των παραπάνω υλικών χρησιμοποιούνται στην κατασκευή υφασμάτων και πλεγμάτων για σύνθετα υλικά. Η σύνθεση των κλώνων ινών σε πλέγματα ή υφάσματα επιτρέπει την καλύτερη εκμετάλλευση των ιδιοτήτων των ινών δεδομένου ότι είναι δυνατή η παρασκευή πλεγμάτων και υφασμάτων με τους κλώνους να πλέκονται σε διάφορες διευθύνσεις. Επομένως είναι δυνατή η παραλαβή εφελκυστικών τάσεων με τον λιγότερο δυνατό οπλισμό υπό την προϋπόθεση της τοποθέτησης των κλώνων ινών παράλληλα στην διεύθυνση των τάσεων. Έτσι λοιπόν υπάρχουν πλέγματα/υφάσματα μονής διεύθυνσης αλλά και δύο διευθύνσεων, ενώ μπορούν να υπάρχουν και προϊόντα τριών διαστάσεων, με την σύνθεση πολλών επιπέδων πλεγμάτων ή υφασμάτων. Για την δημιουργία των υφασμάτων, οι κλώνοι (είτε άνθρακα, είτε αραμιδίου, κλπ) εισέρχονται σε έναν αργαλειό» για να υφανθούν σε ύφασμα. Οι δύο πιο κοινοί τύποι ύφανσης είναι η απλή ύφανση (plain weave) και η ύφανση ντιαγκονάλ (twill weave ή αλλιώς ψαροκόκαλο στα ελληνικά). Η απλή ύφανση είναι ένα σχέδιο σκακιέρας, όπου κάθε κλώνος περνά από πάνω και μετά από κάτω από κάθε κλώνο στη άλλη διεύθυνση, εν αντιθέσει με την ύφανση ντιαγκονάλ που μοιάζει με ψάθινο καλάθι. Σε αυτήν, ο κάθε κλώνος περνά ανά δύο από πάνω και από κάτω από τους κλώνους της άλλης διεύθυνσης. Και στις δύο υφάνσεις έχουν την ίδια ποσότητα ινών άνθρακα ή οποιουδήποτε άλλου υλικού σε κάθε διεύθυνση, και οι αντοχές τους είναι πολύ παρόμοιες. Η διαφορά έγκειται κατά κύριο λόγο στην αισθητική εμφάνιση. Εικόνα 3.3 (α) Ύφασμα από βασάλτη σε μία διεύθυνση [32] (β) Ύφασμα από ίνες άνθρακα με απλή πλέξη [33] (γ) Ύφασμα από ίνες άνθρακα με διαγώνια πλέξη [34]

91 Αντίθετα με τα υφάσματα, τα πλέγματα ινών είναι κατασκευασμένα έτσι ώστε οι κλώνοι να απέχουν μεταξύ τους αποστάσεις σταθερές και τέτοιες έτσι ώστε να είναι δυνατή η εισχώρηση του σχετικά παχύρευστου κονιάματος ή σκυροδέματος της μήτρας (από μερικά mm μέχρι και λίγα cm). Για την δημιουργία πλεγμάτων σύνθετων υλικών σε τσιμεντοειδές υλικό, προτιμότερες είναι οι ίνες άνθρακα. Αυτές έχουν το χαρακτηριστικό ότι, ταυτόχρονα με την υψηλή αντοχή τους και το υψηλό μέτρο Ελαστικότητας, είναι ανθεκτικές στην επίδραση των αλκαλίων και δεν αποτελούνται από κάποιο διαβρωτικό συστατικό. Γι αυτό, οι εφαρμογές τους κυμαίνονται από ενισχύσεις πλακών και τοίχων, γραμμικών στοιχείων, σε οδοστρώματα, σε γέφυρες, σε φρεάτια και αποβάθρες. Ομοίως με τα υφάσματα, τα πλέγματα μπορούν να έχουν ίνες που πλέκονται και ενώνονται σε μία ή δύο διευθύνσεις (με την διάταξη των δεσμών να είναι κάθετη 0 ο /90 ο ή χιαστί 45 ο /-45 ο ) μέχρι και σε τέσσερις διευθύνσεις (0 ο /45 ο /90 ο /-45 ο ). Η γεωμετρική διάταξη των ινών στο πλέγμα παίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην καλή συνεργασία μεταξύ σκυροδέματος και μανδύα. Σε αντίθεση με τις ίνες μιας διεύθυνσης, το πλέγμα εξασφαλίζει καλύτερη συνάφεια με το υπόστρωμα, μέσω των κατακόρυφων κλώνων που επιτρέπουν την συγκράτηση περισσότερης συγκολλητικής ουσίας μέσα στις βροχίδες. Επιπλέον, η ύπαρξη διαγωνίων ινών φαίνεται να παίζει σημαντικό ρόλο στην ενίσχυση της συνάφειας. Τρισδιάστατα πλέγματα ινών εφαρμόζονται σε στοιχεία που απαιτούν εφελκυόμενο οπλισμό σε περισσότερα από ένα επίπεδα, με δυνατότητα διαφορετικής διάταξης της ποσότητας οπλισμού σε αυτά. Υπάρχει ακόμα και διάταξη της παραγωγής κυλινδρικών ινοπλεγμάτων τα οποία χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κυλινδρικών στοιχείων από ΙΑΜ (όπως πχ αγωγοί, δεξαμενές επεξεργασίας υγρών αποβλήτων). Επιπλέον, μπορούν τα πλέγματα να είναι προεμποτισμένα με κάποια ρητίνη, για να διατηρούν το σχήμα τους. [35] Εικόνα 3.4 Πλέγματα ινών δύο διευθύνσεων από γυαλί, άνθρακα και αραμίδιο [25]

92 Εικόνα 3.5 Πλέγμα ινών δύο διευθύνσεων και δύο επιπέδων οπλισμού [25] 3.2. ΜΗΤΡΕΣ Οργανικές μήτρες Η μήτρα στα σύνθετα υλικά αποτελεί την συγκολλητική ουσία μεταξύ των ινών. Ο ρόλος της μήτρας στα σύνθετα υλικά είναι πολύ σημαντικός, παρόλο που δεν έχει καμία συμμετοχή στην ανάληψη των φορτίων. Κατ αρχάς συνδέει τις ίνες μεταξύ τους, τους προσφέρει προστασία από δυσμενείς περιβαλλοντικές επιδράσεις, καθώς και ανθεκτικότητα και ηλεκτρική μόνωση, τις συγκρατεί στην επιθυμητή θέση και διεύθυνση και εξασφαλίζει την μεταφορά των δυνάμεων στις δυστενείς ίνες μέσω της ανάπτυξης τάσεων στην διεπιφάνεια μεταξύ ίνας και μήτρας. Επιπλέον, καθορίζει και αρκετές μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών, όπως είναι η αντοχή κάθετα στην διεύθυνση των ινών, η διατμητική και η θλιπτική αντοχή κλπ. Η μήτρα στα σύνθετα υλικά μπορεί να είναι είτε οργανικής (πολυμερικής) είτε ανόργανης σύστασης. [22] Ο πλέον συνηθισμένος, αλλά και ακριβότερος, τύπος μήτρας είναι οι εποξειδικές ρητίνες (epoxy resins), σπανιότερα όμως χρησιμοποιείται και πολυεστέρας και βινυλεστέρας. Οι εποξειδικές ρητίνες είναι θερμοσκληραινόμενα πολυμερή και αποτελούν το πιο κοινό υλικό τόσο ως μήτρες, όσο και για την συγκόλληση του παραχθέντος υλικού. Η εκτεταμένη χρήση τους σε σχέση με τα άλλα πολυμερικά υλικά βασίζεται στις εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες και την μεγάλη ανθεκτικότητά τους σε δυσμενείς περιβαλλοντικές επιδράσεις. Συγκεκριμένα, έχουν

93 χαμηλή συρρίκνωση κατά την διάρκεια της σκλήρυνσης, εξαιρετική αντοχή στην υγρασία, άριστη αντοχή σε χημικά, καλές ηλεκτρικές ιδιότητες (βέβαια αυτό δεν ενδιαφέρει τον τομέα των ενισχύσεων), αυξημένη αντοχή σε κόπωση, ανθεκτικότητα σε κρούση, μεγάλη διάρκεια ζωής. [22] Παρακάτω παρουσιάζονται οι σημαντικότερες μηχανικές ιδιότητες των ρητινών αυτών που χρησιμοποιούνται σε έργα πολιτικού μηχανικού, συγκρινόμενες με τις αντίστοιχες τιμές του σκυροδέματος και του χάλυβα. Πίνακας 3.2 Μηχανικές ιδιότητες οργανικών (πολυμερικών) ρητινών [36] Υλικό Εφελκυστική Αντοχή Μέτρο Ελαστικότητας Επιμήκυνση Θραύσης Πυκνότητα [MPa] [GPa] [%] [gr/cm 3 ] Εποξειδική Πολυεστερική < Βινυλεστερική Ένα κύριο χαρακτηριστικό των εποξειδικών ρητινών ως πολυμερή είναι η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, στην οποία απομειώνεται ραγδαία το μέτρο ελαστικότητάς τους. Έτσι μετατρέπονται σε «πλαστικά» υλικά και μειώνεται η ικανότητά τους να μεταφέρουν δυνάμεις. Η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης κυμαίνεται ενδεικτικά μεταξύ των 50 και 80 C. Παράλληλα οι εποξειδικές ρητίνες είναι ευαίσθητες στην επιρροή περιβαλλοντικών παραγόντων, όπως η υπεριώδης ακτινοβολία και οι υψηλές ή πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Θερμοκρασίες της τάξης των 200 έως 300 C προκαλούν ανάφλεξη και καύση τους απελευθερώνοντας τοξικές ουσίες. Δυσμενή επιρροή στην εφαρμογή των εποξειδικών ρητινών παρουσιάζουν και οι χαμηλές θερμοκρασίες κάτω των 10 C, καθώς ως θερμοσκληραινόμενα πολυμερή η τήξη τους καθίσταται δυσχερής. [36] Ανόργανες μήτρες Εκτός από την μέθοδο εφαρμογής σύνθετων υλικών με χρήση μήτρας πολυμερικής σύστασης, υπάρχει και η μέθοδος με χρήση ανόργανης μήτρας (inorganic matrix). Έτσι λοιπόν, αντί για ρητίνη, η μήτρα που χρησιμοποιείται έχει σαν βάση τσιμεντοειδές κονίαμα ή

94 σκυρόδεμα ανόργανης φύσεως. Στις περισσότερες περιπτώσεις όμως χρησιμοποιείται μέγιστος κόκκος αδρανών μικρότερος των 2mm, με αποτέλεσμα το μητρικό υλικό να χαρακτηρίζεται ως κονίαμα. [35] Ο λόγος της χρήσης αυτής της μεθόδου είναι λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων της σε σχέση με την χρήση πολυμερικών ρητινών. Κατ αρχάς, το κονίαμα είναι λιγότερο επιβλαβές από τη ρητίνη και παράλληλα αποτελεί υλικό με το οποίο ο τεχνικός κόσμος είναι πολύ περισσότερο εξοικειωμένος. Επίσης από πλευράς κόστους, η εφαρμογή της μεθόδου ενίσχυσης με ανθρακονήματα και κονίαμα είναι πολύ πιο φθηνή από τις ενισχύσεις με ανθρακονήματα και ρητίνη. Επιπλέον, ο μανδύας που προκύπτει είναι πιο ανθεκτικός σε δράσεις πυρκαγιάς και ακτινοβολίας. Και τέλος, η παραπάνω μέθοδος ενίσχυσης συνδυάζει το κονίαμα με πλέγματα (αντί για τα προαναφερθέντα υφάσματα) ανθρακονημάτων έτσι ώστε να υπάρχει πολύ καλύτερος εμποτισμός των ινών. [36] Ωστόσο συγκριτικά με τη ρητίνη, το κονίαμα έχει πολύ μικρότερη αντοχή, με αποτέλεσμα η αποδοτικότητα του τελικού μανδύα να είναι μικρότερη. Ακόμα, η μέθοδος αυτή απαιτεί περισσότερες στρώσεις ανθρακονημάτων καθώς η απόσταση των ινών είναι αρκετά μεγαλύτερη, απ ότι στην περίπτωση του συνδυασμού των υφασμάτων με ρητίνες. [36] Τα διάφορα είδη κονιαμάτων που χρησιμοποιούνται ευρέως στην αγορά είναι δυνατό να διακριθούν σε δύο βασικές κατηγορίες, ανάλογα με τη σύσταση της βασικής τους κονίας. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα μίγματα όπου η κονία είναι το κοινό τσιμέντο Πόρτλαντ (Portland), ενώ στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν τα μίγματα όπου το τσιμέντο Πόρτλαντ εμπλουτίζεται με πολυμερή, για την βελτίωση των ιδιοτήτων του και την μείωση της διαπερατότητάς του. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα συμβατικά κονιάματα, όπου η βασική κονία αποτελείται από τσιμέντο Πόρτλαντ, με κάποιες πρόσθετες ειδικές απαιτήσεις. Η βασικότερη απαίτηση εδώ είναι η ικανότητα διείσδυσης του κονιάματος μέσα στο πλέγμα ινών προκειμένου να επιτευχθούν καλές συνθήκες συνάφειας μεταξύ μήτρας και πλέγματος. Γι αυτό το λόγο, η σύσταση της μήτρας πρέπει να προσαρμόζεται βάσει των ιδιοτήτων του πλέγματος που χρησιμοποιείται. Για παράδειγμα, ορισμένα πλέγματα ινών που χαρακτηρίζονται από υψηλή απορροφητικότητα (γνωστή ως capillary suction στα αγγλικά) και μικρά κενά μεταξύ των κλώνων απαιτούν για τον εμποτισμό τους κονίαμα με ιδιαίτερα υψηλή ρευστότητα. Σε περίπτωση χρήσης ινών υάλου, σημαντική απαίτηση αποτελεί επίσης η μείωση της

95 ποσότητας υδρασβέστου στον τσιμεντοπολτό, η οποία συνοδεύεται από μείωση της αλκαλικότητας της μήτρας, με στόχο την προστασία των ινών. Τέλος το ποσοστό της πυριτικής παιπάλης δεν πρέπει να ξεπερνά το 10% της συνολικής ποσότητας λεπτόκοκκων υλικών έτσι ώστε να διατηρηθεί η εργασιμότητα του μείγματος. [35] Η προσθήκη πολυμερών (διαμέτρου μm) στο τσιμεντοειδές κονίαμα είναι δυνατόν να μεταβάλλει σε μεγάλο βαθμό τις μηχανικές του ιδιότητες όπως την εφελκυστική και θλιπτική αντοχή, το μέτρο Ελαστικότητας, και τις συνθήκες συνάφειας μεταξύ μήτρας και κονιάματος. Λόγω της εξαιρετικά μικρής διαμέτρου των μορίων του πολυμερούς, τα τελευταία μπορούν να εισχωρήσουν στα μικρά κενά των κλώνων ινών (yarns ή rovings) που δημιουργούνται μεταξύ των μεμονωμένων ινών (filaments) πριν την τοποθέτηση του κονιάματος, με αποτέλεσμα τον καλύτερο εμποτισμό των ινών. Γενικότερα, οι ιδιότητες των κονιαμάτων που περιέχουν πολυμερή, είτε βρίσκονται σε νωπή είτε σε σκληρυμένη κατάσταση, καθορίζονται από πολλούς παράγοντες, όπως είναι ο τύπος του πολυμερούς, ο λόγος πολυμερούς προς τσιμέντο, ο λόγος νερού προς τσιμέντο, το ποσοστό αέρα και οι συνθήκες συντήρησης. Οι αναλογίες των συστατικών για τα περισσότερα κονιάματα που περιέχουν πολυμερή είναι: λόγος τσιμέντου προς λεπτόκοκκη άμμο 1:2 ή 1:3 κ.β., λόγος πολυμερούς προς τσιμέντο, 5 20%, λόγος νερού προς τσιμέντο , ανάλογα με την απαιτούμενη εργασιμότητα (η οποία μπορεί να βελτιωθεί και με την προσθήκη υπερευστοποιητών στο μείγμα). [35] (α) (β) Εικόνα 3.6 Κατασκευή μανδύα από ΙΑΜ με χρήση πλέγματα από άνθρακα και κονίαμα (α) πριν την τοποθέτηση του δεύτερου στρώματος της μήτρας (β) μετά το πέρας της επικάλυψης.

96 ΚΟΛΛΑ Στην περίπτωση που η κατασκευή του σύνθετου υλικού δεν είναι εξολοκλήρου εργοστασιακή αλλά ο εμποτισμός των ινών στη μήτρα γίνεται εργοταξιακά, τότε η επικόλληση του υλικού γίνεται αυτόματα καθώς επικολλάται η μήτρα στο υπόβαθρο που ενισχύεται. Αν όμως το σύνθετο υλικό είναι προκατασκευασμένο πρέπει να χρησιμοποιηθεί ειδική κόλλα για να επικολληθεί στην επιφάνεια του ενισχυόμενου μέλους. Δηλαδή η κόλλα εφαρμόζεται μεταξύ του στοιχείου το οποίο ενισχύεται και του σύνθετου υλικού, εξασφαλίζοντας την μεταφορά τάσεων από το πρώτο στο δεύτερο και τη συνεργασία τους που θα εξασφαλίσει τη μέγιστη ενεργοποίηση της ενίσχυσης. Όπως και στην περίπτωση της μήτρας, στα σύνθετα υλικά από ΙΟΠ, ως κόλλα χρησιμοποιείται υλικό πολυμερικής μορφής, συνήθως τύπου εποξειδικής ρητίνης, και μάλιστα εάν η προσθήκη της μήτρας γίνεται ταυτόχρονα με την επικόλληση της ενίσχυσης στο υπάρχον προς ενίσχυση στοιχείο, τότε τα δύο στάδια γίνονται ταυτόχρονα, και με το ίδιο υλικό. Σημαντικά χαρακτηριστικά της κόλλας, που είναι κρίσιμα για την εφαρμογή της τεχνικής ενίσχυσης με ινοπλισμένα πολυμερή, είναι οι χρόνοι εργασιμότητας και εφαρμογής. Ο χρόνος εργασιμότητας αναφέρεται στον χρόνο που η κόλλα είναι εργάσιμη πριν σκληρυνθεί στο δοχείο ανάμειξης, ενώ ο χρόνος εφαρμογής είναι ο διαθέσιμος χρόνος από την εφαρμογή της κόλλας στις συγκολλούμενες επιφάνειες ως την συγκόλλησή τους. [25] 3.4. Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ TRM ΩΣ ΣΥΝΟΛΟ Ο συνδυασμός των ινών σε μορφή πλεγμάτων και του ανόργανου κονιάματος ως μήτρα δίνει ως αποτέλεσμα το σύνθετο υλικό που αποκαλείται Ινόπλεγμα σε Ανόργανη Μήτρα (ΙΑΜ) ή στα αγγλικά Textile Reinforced Mortar (TRM) οι ιδιότητες του οποίου εξαρτώνται τόσο από τις ιδιότητες των επιμέρους υλικών όσο και από τη μεταξύ τους συνεργασία. Η συνεργασία μεταξύ των ινών και του κονιάματος για να επιτευχθεί το στοχευόμενο αποτέλεσμα, δηλαδή η πλήρης ενεργοποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού αυτού εξαρτάται από τη διάταξη των ινών. Αν οι ίνες τοποθετούνται σε μια μόνο διεύθυνση έχει αποδειχθεί ότι η συνάφεια που επιτυγχάνεται δεν είναι η πιο αποδοτική λόγω της κοκκομετρίας του κονιάματος. Για αυτό το λόγο στην περίπτωση των ΙΑΜ χρησιμοποιούνται πλέγματα με ίνες

97 σε τουλάχιστον δύο, κάθετες μεταξύ τους, διευθύνσεις, ώστε μέσω της μηχανικής εμπλοκής του κονιάματος στα κενά μεταξύ των δεσμών να επιτυγχάνεται καλή συνεργασία ινών μητρικού υλικού. Πρόκειται για ένα υλικό που συμπεριφέρεται γραμμικά ελαστικά, λόγω της γραμμικά ελαστικής συμπεριφοράς των ινών και του κονιάματος. Όσον αφορά το μέτρο ελαστικότητας του TRM, ισχύει ο κανόνας που εφαρμόζεται σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις σύνθετων υλικών, που είναι ο «κανόνας ανάμιξης» (rule of mixtures). Η σχέση που συνδέει το μέτρο ελαστικότητας του σύνθετου υλικού Ε με το μέτρο ελαστικότητας των ινών Ef και το μέτρο ελαστικότητας της μήτρας Εm είναι η ακόλουθη : E = EfVf + EmVm (3.1) Όπου: Εf το μέτρο ελαστικότητας των ινών Εm το μέτρο ελαστικότητας των ινών Vf ο λόγος όγκου των ινών Vm ο λόγος όγκου της μήτρας Όσον αφορά την εφελκυστική αντοχή του σύνθετου υλικού, εξαρτάται από την εφελκυστική αντοχή των ινών δεδομένου ότι η αντοχή τους είναι μία τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή του συνδετικού υλικού. Εάν: ft,trm η εφελκυστική αντοχή του σύνθετου υλικού ft,f η εφελκυστική αντοχή της ίνας ft,m η εφελκυστική τάση της μήτρας κατά την αστοχία της ίνας τότε : ft,trm = ft,f Vf + ft,m (1- Vf) (3.2) Όσον αφορά την ελαστικότητά του, παρόλο που η συμπεριφορά του κάθε μέρους του υλικού αυτού μεμονωμένα είναι γραμμικά ελαστική, ο συνδυασμός τους προκαλεί μια συμπεριφορά του υλικού αυτού σε μονοαξονικό εφελκυσμό, παρόμοια με αυτή του σκυροδέματος. Η μη γραμμική καμπύλη τάσεων παραμορφώσεων μπορεί να διαχωριστεί σε τρεις βασικές φάσεις [37] : Φάση Ι: Με την έναρξη της δοκιμής η παραμόρφωση αυξάνεται αναλογικά του φορτίου και η δυσκαμψία του στοιχείου είναι ίση με το Μέτρο Ελαστικότητας της ανόργανης μήτρας. Το στοιχείο σε αυτό το στάδιο παραμένει αρηγμάτωτο. Φάση ΙΙα: Με την αύξηση του φορτίου και περνώντας από το στάδιο Ι στο στάδιο ΙΙα η τάση του στοιχείου γίνεται ίση με την εφελκυστική αντοχή της ανόργανης μήτρας και τότε

98 αρχίζουν να εμφανίζονται οι πρώτες ρωγμές. Στο σημείο που εμφανίζεται η πρώτη ρωγμή ενεργοποιούνται οι ίνες του πλέγματος. Μέσω τάσεων συνάφειας ινών μήτρας, τμήμα της τάσης αναλαμβάνεται στη συνέχεια και από την ανόργανη μήτρα έως τη στιγμή που η τάση αυτή γίνει ίση με την εφελκυστική αντοχή της μήτρας. Το εύρος και η απόσταση των ρωγμών καθορίζονται από τη συνάφεια ινών μήτρας και το ποσοστό των ινών του πλέγματος που έχει χρησιμοποιηθεί. Με την αύξηση του φορτίου παρατηρείται μείωση του ρυθμού αύξησης των ρωγμών και σταδιακή σταθεροποίησή τους. Στο σημείο αυτό ορίζεται το πέρας του σταδίου ΙΙa και η έναρξη του σταδίου ΙΙb. Φάση ΙΙβ: Στο στάδιο αυτό το φορτίο συνεχίζει να αυξάνεται χωρίς τη δημιουργία νέων ρωγμών. Η ανάληψη των εφελκυστικών δυνάμεων γίνεται αποκλειστικά από το πλέγμα ινών. Πριν την πραγματοποίηση πειραματικών δοκιμών θεωρούταν αναμενόμενο ότι στη φάση αυτή το μέτρο ελαστικότητας θα ταυτιζόταν με αυτό των ινών ενίσχυσης. Παρόλα αυτά παρατηρήθηκε μια μείωση της τάξης του 10-30% η οποία οφείλεται στη θραύση ποσοστού ινών πριν την είσοδο στο στάδιο ΙΙb. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα η καμπύλη του δοκιμίου να μην είναι παράλληλη με αυτή των εφελκυόμενων ινών. Φάση ΙΙΙ: Το τελευταίο αυτό στάδιο είναι στην πραγματικότητα ένα σημείο που αντιστοιχεί στην αστοχία του δοκιμίου λόγω θραύσης των ινών, οι οποίες συμπεριφέρονται γραμμικά ελαστικά μέχρι την αστοχία τους εμφανίζοντας μια μορφή ψαθυρής αστοχίας. Αυτά αποδίδονται σχηματικά και στην παρακάτω εικόνα: Σχήμα 3.3 Καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δοκιμίου ΙΑΜ σε μονοαξονικό εφελκυσμό

99 Ωστόσο, η ύπαρξή του και συνεργασία του με το ενισχυόμενο υπόστρωμα δημιουργεί ένα νέο, σύμμικτο, μέλος που επίσης παρουσιάζει, συνήθως, πιο πλάστιμη συμπεριφορά. Ο τρόπος με τον οποίο προσδίδεται πλαστιμότητα (μεγάλη ικανότητα παραμόρφωσης) στην κατασκευή ποικίλει ανάλογα με τον τρόπο που χρησιμοποιείται το υλικό στην επέμβαση. Παραδείγματος χάριν, στην περίπτωση που χρησιμοποιείται για περίσφιγξη γραμμικών μελών, προσδίδεται άμεσα πλαστιμότητα στην περισφιγμένη πλέον περιοχή (παθητικά περισφιγμένη) καθώς ενεργοποιούνται οι ίνες που είναι παράλληλες με τον άξονα του μέλους και περιορίζουν την διόγκωση του μέλους ακτινικά. Αντιθέτως, στην περίπτωση που χρησιμοποιείται TRM για καμπτική ενίσχυση ενός ίδιου μέλους, η πλαστιμότητα στη συμπεριφορά του προσδίδεται έμμεσα, καθώς στην περίπτωση που θα ενεργοποιηθούν πλήρως οι ίνες του TRM, θα έχουν αναπτύξει μεγάλες παραμορφώσεις (με μερικώς ελαστική συμπεριφορά) αλλά η προϋπάρχουσα διατομή δεν θα έχει τόση ικανότητα παραμόρφωσης χωρίς την εκδήλωση βλαβών, άρα ένα μέρος της θα έχει πλαστικοποιηθεί. Οι βλάβες ωστόσο που αναπτύσσονται περιορίζονται από την ύπαρξη της ενίσχυσης. Μακροσκοπικά, το αποτέλεσμα είναι η λειτουργία ενός μέλους που αναπτύσσει μεγάλες παραμορφώσεις, με περιορισμένες βλάβες, δηλαδή μια πλάστιμη συμπεριφορά, που οφείλεται όμως στην μεγάλη (ελαστική) παραμορφωσιμότητα των σύνθετων ινών. Τα φαινόμενα αυτά ποικίλουν φυσικά ως προς την έκτασή τους ανάλογα με τον όγκο του TRM που προστίθεται. Παρακάτω βλέπουμε ένα ενδεικτικό διάγραμμα προσδιδόμενης πλαστιμότητας για διαφορετικού βαθμού προσθήκη TRM σε μια καμπτική ενίσχυση: Σχήμα 3.4 Καμπύλες φορτίου παραμόρφωσης για διαφορετικού βαθμού προσθήκη TRM σε καμπτική ενίσχυση [38] Παρ όλα αυτά, πιθανό είναι να μην ενεργοποιηθεί πλήρως το υλικό ενίσχυσης καθώς υπάρχει πρόωρη αστοχία της επέμβασης λόγω αποκόλλησης του TRM από το υπόβαθρο που οφείλεται στη χαμηλότερη διατμητική αντοχή του υπόβαθρου ή του κονιάματος ενίσχυσης σε

100 σχέση με την εφελκυστική αντοχή των ινών. Η σχετική διατμητική αντοχή μεταξύ υπόβαθρου και κονιάματος ενίσχυσης θα καθορίσει και τον τρόπο με τον οποίο θα συμβεί η αποκόλληση. Αν το κονίαμα του TRM έχει διατμητική αντοχή μεγαλύτερη από αυτή του υποστρώματος (π.χ. σκυρόδεμα) η αποκόλληση θα συμβεί μέσω του σκυροδέματος, είτε μέσω αποκόλλησης σε ενδιάμεση ρωγμή, είτε μέσω αποκόλλησης στο αγκυρωμένο άκρο της ενίσχυσης είτε μέσω της αποφλοίωσης της επικάλυψης του σκυροδέματος. Αντιθέτως, αν το κονίαμα του TRM έχει μικρότερη διατμητική αντοχή από το σκυρόδεμα η αποκόλληση θα συμβεί λόγω θραύσης μέσω του κονιάματος, είτε ενδιαμέσως των στρώσεων του σύνθετου υλικού είτε μέσω της διεπιφάνειας κονιάματος σκυροδέματος. Γενικότερα, φαινόμενα αποκόλλησης παρουσιάζονται σε περιπτώσεις καμπτικών και διατμητικών ενισχύσεων, επομένως σε αυτές τις περιπτώσεις σκόπιμο είναι να γίνεται η καλύτερη δυνατή χρήση αγκυρίων. Ένας άλλος τρόπος «μερικούς αποκόλλησης» είναι η εξόλκευση ινών ή η τηλεσκοπική αστοχία που είναι το φαινόμενο όπου συμβαίνει μία αρχική θραύση των εξωτερικών ινών οι οποίες είναι εμποτισμένες στο κονίαμα, ενώ οι εσωτερικές ίνες ολισθαίνουν μεταξύ τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ομαλή και σταδιακή πτώση του φορτίου. Σημειώνεται, ότι αυτός ο τρόπος αστοχίας είναι ο πλέον επιθυμητός. Μια άλλη χρήσιμη ιδιότητα του σύνθετου υλικού είναι η μεγάλη ανθεκτικότητα σε φαινόμενα ερπυσμού που οφείλεται στη χρήση ινών άνθρακα ή γυαλιού (οι ίνες αραμιδίου παρουσιάζουν ερπυσμό). Ο βαθμός ερπυσμού είναι συνάρτηση του υλικού της ίνας και του προσανατολισμού των ινών, σε σχέση με την εφαρμοζόμενη ένταση. Εάν πρόκειται για ίνες γυαλιού ή άνθρακα, οι οποίες δε στρεβλώνονται, αλλά παραμένουν αμετακίνητες στα άκρα τους, δεν παρατηρείται ερπυσμός και το σύνθετο υλικό συμπεριφέρεται σχεδόν πλήρως ελαστικά. Οι ίνες μπορεί να γίνονται ευθείες όταν υπόκεινται σε φόρτιση, το TRM ενδέχεται να ολισθαίνει στις θέσεις που αγκυρώνεται, ενώ υπάρχει πιθανότητα επιπλέον έντασης των ινών, λόγω χαλάρωσης της μήτρας, ακόμα και μετά την απομάκρυνση της εξωτερικής φόρτισης. Τα παραπάνω φαινόμενα δεν αποτελούν πραγματικό ερπυσμό και έχουν ασήμαντες επιδράσεις στις διαστάσεις του ινοπλισμένου υλικού. Στην περίπτωση που ο άξονας των ινών βρίσκεται εκτός του επιπέδου της φόρτισης ή οι ίνες είναι από αραμιδίο, η παραμόρφωση, λόγω ερπυσμού, του σύνθετου υλικού ενδέχεται να είναι σημαντική. Επισημαίνεται, επίσης, ότι όπως όλα τα σύνθετα υλικά, έτσι και τα ΙΑΜ συμπεριφέρονται καλύτερα από το σκυρόδεμα σε φαινόμενα κόπωσης. Τα ανθρακονήμτα είναι καλύτερα από τις

101 ίνες αραμιδίου, που με τη σειρά τους είναι καλύτερες από τα υαλονήματα. Ειδικά για τα σύνθετα υλικά με ίνες από άνθρακα, η αντοχή σε κόπωση είναι μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα οπλισμού. Τέλος, αναφέρεται ότι αν και το TRM είναι λιγότερο ευαίσθητο σε υψηλές θερμοκρασίες από ότι τα ινοπλισμένα πολυμερή, το κονίαμα δεν είναι πυράντοχο υλικό με αποτέλεσμα να υπάρχουν και πάλι έντονες απώλειες αντοχής του υλικού ενίσχυσης σε περίπτωση πυρκαγιάς. [39] 3.5. ΥΛΙΚΑ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗΣ [40] με την Οδηγία 89/106/ΕΟΚ για τα Προϊόντα Δομικών Κατασκευών, καθώς και Η επιλογή των θερμομονωτικών υλικών θα πρέπει να γίνεται λαμβάνοντας σοβαρά υπόψη τις διάφορες καταπονήσεις (μηχανικές, υγροθερμικές και φυσικοχημικές) που υφίστανται τα υλικά στο συγκεκριμένο έργο, νοουμένου ότι οι συγκεκριμένες καταπονήσεις επηρεάζουν άμεσα τη θερμική απόδοσή τους. Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρησιμοποίηση του βέλτιστου συνδυασμού των κριτηρίων επιλογής θερμομονωτικών υλικών. Τα κριτήρια που λαμβάνονται υπόψη για την επιλογή θερμομονωτικών υλικών είναι: α. Θερμοτεχνικά Χαρακτηριστικά Η τιμή του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ. Η εξάρτηση του λ από τη θερμοκρασία. Η εξάρτηση του λ από την υγρασία. Η τιμή του λ αυξάνει σημαντικά με τη συμπύκνωση υδρατμών μέσα στη μάζα του και αν διαβραχεί όλη η μάζα του τότε παύει να υπάρχει θερμομονωτική δράση. Η ειδική θερμότητα. Ο συντελεστής θερμικής διαστολής. Όσο χαμηλότερος είναι, τόσο απομακρύνεται ο κίνδυνος οικοδομικών μικροζημιών ή καταστροφής των στεγανώσεων. β. Τρόπος Εφαρμογής Προκατασκευασμένα προϊόντα ή κατασκευή επί τόπου. Απαιτούμενα προστατευτικά μέτρα (για προστασία από μηχανικές βλάβες ή δυσμενείς περιβαλλοντικές επιδράσεις). Δυνατότητα ελέγχου κατά την κατασκευή. γ. Μηχανικές Ιδιότητες Αντοχή σε θλίψη, κάμψη και δονήσεις. Αλλοιώσεις με το χρόνο (γήρανση)

102 Πυκνότητα Ελαστικότητα, ευθραυστότητα. δ. Χημική συμπεριφορά - ανθεκτικότητα Αντίσταση στη διάβρωση, στους μικροοργανισμούς, έντομα, κ.λπ. Συμπεριφορά στην υγρασία (τυχόν μεταβολή των διαστάσεων, διαπερατότητα στους υδρατμούς, απορροφητικότητα νερού). Συμπεριφορά στη φωτιά και μέγιστες επιτρεπόμενες θερμοκρασίες λειτουργίας. Βαθμός ευαισθησίας σε υπεριώδη ακτινοβολία, σε διάφορα αέρια και σε διάφορους διαλύτες ή το θαλασσινό νερό, κ.λπ. ε. Οικονομικά Στοιχεία Επιπρόσθετο κόστος προμήθειας και εγκατάστασης. Χρόνος απόσβεσης δαπάνης. Ποσοστό προστιθέμενης αξίας στην όλη κατασκευή. Σήμερα στην αγορά υπάρχει μεγάλη ποικιλία θερμομονωτικών υλικών όπως: Εξηλασμένη πολυστερίνη Διογκωμένη πολυστερίνη Υαλοβάμβακας Πολυουρεθάνη Αφρώδες Γυαλί Περλιτοειδή Πετροβάμβακας Φελλός PVC Κυψελωτό σκυρόδεμα Θερμομονωτικά τούβλα Πλάκες περλιτοϋάλου Στον παρακάτω πίνακα (που αποτελεί μέρος του πίνακα 1, από τον Οδηγό Θερμομόνωσης Κτιρίων που εξέδωσε η Υπηρεσία Ενέργειας του Υπουργείου Εμπορίου, Βιομηχανίας και Τουρισμού τον Σεπτέμβριο

103 του 2010) δίδονται τυπικές τιμές για τους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων δομικών υλικών/προϊόντων: Πίνακας 3.3 Τυπικές τιμές για τους συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας διαφόρων δομικών υλικών/προϊόντων Τέλος, δίνονται κάποιες πληροφορίες ειδικά για την διογκωμένη πολυστερίνη καθώς είναι το θερμομονωτικό υλικό που χρησιμοποιείται στην συγκεκριμένη εργασία. H Διογκωμένη πολυστερίνη, γνωστή στην Ελλάδα και σαν «φελιζόλ», είναι ένα ελαφρύ, θερμομονωτικό υλικό το οποίο χρησιμοποιείται στην οικοδομή και σε άλλες εφαρμογές. Η διεθνής εμπειρία και πρακτική σε όλες τις αγορές του κόσμου δείχνει ξεκάθαρα πως η διογκωμένη πολυστερίνη είναι το θερμομονωτικό υλικό που χρησιμοποιείται σε ποσοστό άνω του 80% για τα συστήματα εξωτερικής θερμομόνωσης. Ειδικά για την Ευρώπη το μερίδιο αγοράς της διογκωμένης πολυστερίνης στην αγορά συστημάτων εξωτερικής θερμομόνωσης κτιρίων ξεπερνά το 85% κατά μέσο όρο και ακολουθείται από τις πλάκες πετροβάμβακα που

104 χρησιμοποιούνται κατά ένα μικρό ποσοστό της τάξης του 12%. Ο λόγος που η διογκωμένη πολυστερίνη είναι αδιαμφισβήτητα πρώτο σε χρήση θερμομονωτικό υλικό είναι απλός. Οι τεχνικές και φυσικές ιδιότητές της την καθιστούν το πιο ασφαλές, αποτελεσματικό, εύχρηστο και οικονομικά ωφέλιμο θερμομονωτικό υλικό στην αγορά για τη συγκεκριμένη χρήση. Και αυτό αφορά τόσο τη φάση τη κατασκευής όσο και την λειτουργία των κτιρίων για όσες δεκαετίες αυτά χρησιμοποιούνται. Παράγεται από κόκκους πολυστυρολίου, οι οποίοι είναι θερμοπλαστικοί. Με τη διόγκωσή τους, οι κόκκοι μεγαλώνουν και γίνονται σφαιρίδια, τα οποία διογκώνονται περισσότερο και κολλούν μεταξύ τους. Η διογκωμένη πολυστερίνη παράγεται σε μεγάλα μπλοκ, τα οποία κόβονται σε πλάκες. Το όνομα φελιζόλ προέρχεται από την 1η γνωστή εταιρεία στην Ελλάδα που το παρήγαγε η οποία πωλούσε μονωτικά από φελλό. Η επιστημονικά σωστή ορολογία είναι Διογκωμένο Πολυστυρένιο γιατί η πρώτη ύλη του EPS παράγεται με τον πολυμερισμό του στυρενίου, αλλά έχει επικρατήσει μέχρι σήμερα το όνομα πολυστερίνη. Εκτός από εφαρμογές στην οικοδομική, η διογκωμένη πολυστερίνη χρησιμοποιείται και για παραγωγή προτύπων (καλουπιών) για χύτευση περίπλοκων σχημάτων, αλλά και ως υλικό συσκευασίας. Εξαιτίας του ότι είναι άριστο θερμομονωτικό υλικό, οι εφαρμογές της εκτός από τη μόνωση και τη συσκευασία επεκτείνονται και στη δόμηση και τη διακόσμηση. Για λόγους ενδιαφέροντος σημειώνεται ότι, η νέα τεχνολογία στη μόνωση με Διογκωμένο Πολυστυρένιο είναι η προσθήκη ανακλαστήρων / απορροφητών της υπέρυθρης ακτινοβολίας (IR - Infrared Absorbers) στην μάζα της πρώτης ύλης του, όπως ο γραφίτης ή ο άνθρακας, που βελτιώνουν τη θερμομονωτική ικανότητα του υλικού έως και 20%, μειώνοντας το συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας (λ) του. Η νέα κατηγορία υλικών του ΕPS με ανακλαστήρες/απορροφητές ονομάζεται ΕPS ΙR και έχουν διαφορετικές αποχρώσεις του γκρι ανάλογα με τον τύπο και την περιεκτικότητα ανακλαστήρα στη μάζα τους.

105 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ 4.1. ΜΗΧΑΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΥΛΙΚΩΝ Οπτόπλινθοι και κονίαμα δόμησης Για την κατασκευή των δοκιμίων που θα λάβουν μέρος στην πειραματική διαδικασία, χρησιμοποιήθηκαν κοινές εξάοπες αργιλικές οπτόπλινθοι διαστάσεων 6x9x18 cm από τοπικό παραγωγό της Αχαΐας. Το κονίαμα δόμησης παρήχθη «εργοταξιακά» με χρήση τσιμέντου, άσβεστου, άμμου και νερού, με σκοπό την παραγωγή κονιάματος γενικής εφαρμογής. Έγινε επιτόπου ανάμιξη των επιμέρους συστατικών τα οποία ζυγίστηκαν και προέκυψαν οι αναλογίες τους ως εξής: τσιμέντο : άσβεστος : άμμος = 1 : 0.44 : Για την εύρεση της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας έχουν αναφερθεί στην παράγραφο ποικίλα μοντέλα πρόβλεψης της θλιπτικής αντοχής. Βασική προϋπόθεση για όλα τα μοντέλα αυτά που περιγράφονται από τις εξισώσεις (2.1) έως (2.11) είναι να είναι γνωστή η θλιπτική αντοχή του κονιάματος και των λιθοσωμάτων. Το ίδιο ισχύει και για την διατμητική αντοχή της τοιχοποιίας που μια εκτίμηση της τιμής της δίνεται από τη σχέση (2.13), συναρτήσει όμως και της ορθής τάσης που ασκείται. Για αυτό και έγιναν κάποιες προκαταρκτικές δοκιμές ώστε να βρεθούν οι τιμές αυτές. Συγκεκριμένα, κατά τη φάση της κατασκευής ελήφθησαν 6 οπτόπλινθοι από αυτές που χρησιμοποιήθηκαν για το κτίσιμο των τοίχων, καθώς και τρία πρίσματα κονιάματος δόμησης σε μεταλλική μήτρα διαστάσεων 40x40x150 mm. Τα τούβλα επιπεδώθηκαν με λεπτή στρώση επιπεδωτικού τσιμεντοκονιάματος. Τρία από αυτά επιπεδώθηκαν στην πλευρά της μεγαλύτερης έδρας τους, ούτως ώστε να υποβληθούν σε δοκιμή θλίψης κάθετα στις οπές τους, όπως ακριβώς τοποθετήθηκαν και στο σώμα της τοιχοποιίας. Τα άλλα τρία τούβλα επιπεδώθηκαν στις μικρές έδρες τους με σκοπό να υποβληθούν σε δοκιμή θλίψης με ανάπτυξη ορθών τάσεων παράλληλα στις οπές τους. Τα τούβλα που επιπεδώθηκαν καθώς και οι μήτρες του κονιάματος δόμησης συντηρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες με τα δοκίμια των βασικών πειραμάτων. Η λήψη των τούβλων και η επιπέδωσή τους και η λήψη των πρισμάτων του κονιάματος έγιναν στις 18 και 19 Ιουλίου (οπότε γινόταν και το κτίσιμο των τοίχων) και οι δοκιμές θλίψης τους έγιναν στις 7 και 8 Σεπτεμβρίου. (Διάρκεια συντήρησης: περίπου 50 ημέρες)

106 (α) (β) Εικόνα 4.1 (α) Επιπεδωμένα τούβλα για δοκιμή θλίψης (β) πρίσματα κονιάματος δόμησης Οι δοκιμές θλίψης των τούβλων έγιναν σε πρέσσα 1600 kn της RMU. Αφού μετρήθηκαν οι διαστάσεις τους υποβλήθησαν σε δοκιμή θλίψης από όπου και ελήφθη το φορτίο αστοχίας τους. (α) (β) (γ) Εικόνα 4.2 (α) Υδραυλική πρέσα της RMU δυναμικότητας 1600 kn (β) δοκιμή θλίψης τούβλου παράλληλα στις οπές (γ) δοκιμή θλίψης τούβλου κάθετα στις οπές (α) (β) Εικόνα 4.3 (α) αστοχία τούβλων Τ1 έως Τ3 σε θλίψη παράλληλα στις οπές (β) αστοχία τούβλων Τ4 έως Τ6 σε θλίψη κάθετα στις οπές

107 Στον πίνακα που ακολουθεί, βλέπουμε τις μετρήσεις που ελήφθησαν για τα τούβλα Τ1 έως Τ6, από τις οποίες εξάγονται οι τιμές των τάσεων αντοχής. Πίνακας 4.1 Υπολογισμός μέσης θλιπτικής αντοχής εξάοπων οπτόπλινθων παράλληλα και κάθετα στις οπές τους δοκίμιο διαστάσεις (mm) Κάθετα στις οπές ονομαστική επιφάνεια (mm 2 ) δύναμη αστοχίας (kn) τάση αστοχίας (MPa) b h Τ Τ Τ Παράλληλα στις οπές δοκίμιο διαστάσεις (mm) ονομαστική επιφάνεια δύναμη αστοχίας τάση αστοχίας b h (mm 2 ) (kn) (MPa) Τ Τ Τ Μέσος όρος 4.43 MPa Μέσος όρος MPa Η εφελκυστική αντοχή των οπτόπλινθων λαμβάνεται προσεγγιστικά ίση με το 10% της θλιπτικής τους αντοχής. Επομένως εξάγεται ότι: Μέση θλιπτική αντοχή οπτόπλινθων παράλληλα στις οπές: Μέση θλιπτική αντοχή οπτόπλινθων κάθετα στις οπές: fbc // fbc Μέση εφελκυστική αντοχή οπτόπλινθων παράλληλα στις οπές: Μέση εφελκυστική αντοχή οπτόπλινθων κάθετα στις οπές: fbt MPa 4.43 MPa // fbt 1.81 MPa 0.44 MPa

108 Τα πρίσματα του κονιάματος, αφού ξεκαλουπώθηκαν προσεκτικά από τις μήτρες, υπεβλήθησαν σε δοκιμές αντοχής σε υδραυλική μηχανή (θλίψης, εφελκυσμού, κόπωσης) της «MTS» με δυναμικότητα 250 kn. Για τον προσδιορισμό της θλιπτικής αλλά και εφελκυστικής αντοχής από κάμψη του κονιάματος πραγματοποιήθηκαν δοκιμές θλίψης κύβου (διαστάσεων 40x40x40 mm) και κάμψης τριών σημείων (σε αμφιέρειστο πρίσμα διατομής 40x40 mm με άνοιγμα στηρίξεων 100 mm ΕΛΟΤ-739) αντίστοιχα. Ο υπολογισμός της εφελκυστικής τάσης αστοχίας γίνεται με βάση την μέγιστη ροπή κάμψης και επομένως, την μέγιστη καμπτική τάση στην εφελκυόμενη ζώνη. Η σχέση που δίνει την τιμή που ζητείται προκύπτει ως εξής: μέγιστη ροπή: M PL / 4 max μέγιστη εφελκυστική τάση: σ y M / I max όπου: y = 20mm (στατικό ύψος), max 4 4 Ι = 40 / mm (ροπή αδράνειας) L = 100 mm, P = κατακόρυφη δύναμη στο μέσο του ανοίγματος (σε Ν) οπότε μετά από αντικατάσταση και εκτέλεση των πράξεων προκύπτει: σ max P MPa (4.1) Συγκεκριμένα, έγιναν 3 δοκιμές κάμψης και από τα δοκίμια που αστόχησαν ελήφθησαν τα κυβικά δοκίμια που υποβλήθησαν σε δοκιμές θλίψης (6 συνολικά διότι προέκυψαν δύο κομμάτια από κάθε δοκιμή κάμψης). (α) (β) (γ) Εικόνα 4.4 (α) Υδραυλική μηχανή θλίψης, εφελκυσμού, κόπωσης, της MTS δυναμικότητας 1600 kn (β) δοκιμή κάμψης τριών σημείων κονιάματος δόμησης (γ) δοκιμή θλίψης κονιάματος δόμησης

109 Από τις δοκιμές θλίψης και κάμψης, ελήφθησαν οι μέγιστες τιμές του φορτίου που καταγράφηκαν από τη δυναμοκυψέλη της υδραυλικής πρέσας (P) σε Newton οι οποίες εν συνεχεία μετατράπηκαν σε τάσεις με χρήση της σχέσης (4.1) για την περίπτωση της εφελκυστικής τάσης ή με απλή διαίρεση με το εμβαδόν του δοκιμίου για τις θλιπτικές τάσεις. Από αυτές τις τιμές εξάγεται τελικά η μέση εφελκυστική και μέση θλιπτική αντοχή του κονιάματος. Τα αποτελέσματα των δοκιμών φαίνονται στον παρακάτω πίνακα. Πίνακας 4.2 Υπολογισμός μέσης εφελκυστικής και θλιπτικής αντοχής κονιάματος δόμησης Δοκίμιο εφελκυστική αντοχή θλιπτική αντοχή P (N) σmax (MPa) P (N) σmax (MPa) Μέσος όρος Επομένως εξάγεται ότι: Μέση εφελκυστική αντοχή κονιάματος: fmt 2.29 MPa Μέση θλιπτική αντοχή κονιάματος: fmc 9.21 MPa

110 Τοιχοποιία Θλιπτική αντοχή και μέτρο ελαστικότητας Η θεωρητική τιμή της αντοχής της άοπλης τοιχοποιίας θα βρεθεί με τις σχέσεις (2.1) έως (2.11) που αναφέρθηκαν στην παράγραφο Εν συνεχεία συγκρίνονται με την πειραματική τιμή που βρέθηκε σε δοκιμές θλίψης τοιχίσκων που κατασκευάστηκαν για αυτό το σκοπό. Με δεδομένες τις θλιπτικές αντοχές που αναφέρονται στην παράγραφο χρησιμοποιούνται οι σχέσεις (2.1) έως (2.11) και δίνουν τα αποτελέσματα που φαίνονται στον επόμενο πίνακα. Με τη σχέση (2.12) υπολογίζεται το αντίστοιχο μέτρο ελαστικότητας. Επισημαίνεται ότι οι αρμοί της τοιχοποιίας είναι παράλληλοι προς τις οπές των τούβλων, επομένως για κάθε κατεύθυνση χρησιμοποιείται και η αντίστοιχη αντοχή των τούβλων. Πίνακας 4.3 Θεωρητική θλιπτική αντοχή και μέτρο ελαστικότητας της τοιχοποιίας, με βάση εξίσωση από παρ Hendry (1981) διάφορες σχέσεις της διεθνούς βιβλιογραφίας ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ (ΜPa) παράλληλα στους αρμούς κάθετα στους αρμούς ΜΈΤΡΟ ΕΛΑΣΤΙΚΌΤΗΤΑΣ (MPa) παράλληλα στους αρμούς κάθετα στους αρμούς εξ. (2.1) εξ. (2.2) εξ. (2.3) Τάσιος (1983) εξ. (2.4) Τάσιος (1985) εξ. (2.5) Τάσιος&Χρονόπουλος (1986) εξ. (2.6) εξ. (2.7) Engesser (1907) εξ. (2.8) Brocker (1961) εξ. (2.9) Guidi (1966) εξ. (2.10) Ευρωκώδικας 6 εξ. (2.11) 2.59 Δεν εφαρμόζεται Όσον αφορά τη χρήση του Ευρωκώδικα, αναφέρονται αναλυτικά οι παράμετροι της εξ. (2.11):

111 Για θλίψη κάθετα στις οπές: f mc = 9.21 MPa Για θλίψη παράλληλα στις οπές: f mc = 9.21 MPa f // bc 4.43 MPa fbc MPa δ = 0.83 δ = 1.00 f 3.67 MPa f MPa b 2f 7.34 MPa < f b m b m Δεν ικανοποιείται η προϋπόθεση 2f b > fm άρα δεν εφαρμόζονται οι σχέσεις του Ευρωκώδικα // b 2f MPa > f Λιθοσώματα Ομάδας 3 Κ = 0.35 Λόγω διάταξης οπών: Κ = = Η πειραματική μέτρηση της αντοχής έγινε με τη θλίψη τοιχίσκων διαστάσεων 40x40x85cm (σύμφωνα με το σύνολο των προτύπων ΕΝ 1052) που κατασκευάστηκαν παράλληλα με τα βασικά δοκίμια των πειραμάτων, με τα ίδια υλικά και συντηρήθηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες. Συνολικά κατασκευάσθηκαν 6 τοιχίσκοι εκ των οποίων οι τρεις επιπεδώθηκαν με επιπεδωτικό κονίαμα με σκοπό να υποβληθούν σε δοκιμή θλίψης κάθετα στους αρμούς (Δοκίμια Ι, ΙΙ και ΙΙΙ) και οι άλλοι τρεις επιπεδώθηκαν έτσι ώστε να υποβληθούν σε δοκιμή θλίψης παράλληλα στους αρμούς (Δοκίμια ΙV, Vκαι VI). Οι δοκιμές έγιναν σε υδραυλική πρέσα δυναμικότητας 4000 kn. Στην κάθε πλευρά του κάθε δοκιμίου τοποθετήθηκε ένας γραμμικός μεταβαλλόμενος διαφορικός μετασχηματιστής «LVDT: Linear Variable Differential Transformer» για την μέτρηση της παραμόρφωσης. Σαν τιμή παραμόρφωσης λαμβάνεται ο μέσος όρος των δύο ξεχωριστών καταγραφών. Από την καταγραφή του φορτίου και της μετατόπισης των μηκυνσιομέτρων προέκυψαν οι μέγιστες τιμές του φορτίου οι οποίες μεταφράστηκαν σε τάση θλιπτικής αστοχίας και τα διαγράμματα τάσεων-παραμορφώσεων που παρουσιάζονται παρακάτω. Με βάση τα πειράματα αυτά προέκυψαν επίσης οι παραμορφώσεις αστοχίας και το μέτρο ελαστικότητας των τοίχων. (α) (β) Εικόνα 4.5 Δοκιμή θλίψης (α) κάθετα στους αρμούς (β) παράλληλα στους αρμούς

112 (α) (β) Εικόνα 4.6 (α) Υδραυλική πρέσα δυναμικότητας 4000 kn (β) Αισθητήρας LVDT (α) (β) Εικόνα 4.7 Θλιπτική αστοχία (α) παράλληλα στους αρμούς (β) κάθετα στους αρμούς Πίνακας 4.4 Πειραματική εύρεση θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας παράλληλα στους αρμούς δοκίμιο ονομαστική επιφάνεια (mm 2 ) Μέγιστο φορτίο (kn) Θλιπτική αντοχή (MPa) Δοκίμιο_Ι Δοκίμιο_ΙΙ Δοκίμιο_ΙΙΙ δοκίμιο ονομαστική επιφάνεια (mm 2 ) κάθετα στους αρμούς Μέγιστο φορτίο (kn) Θλιπτική αντοχή (MPa) Δοκίμιο_ΙV Δοκίμιο_V Δοκίμιο_VΙ Μέση θλιπτική αντοχή (MPa) Μέση θλιπτική αντοχή (MPa) 3.71

113 Αρχικά παρατηρούμε ότι η τιμή της θλιπτικής αντοχής που προέκυψε πειραματικά έχει προβλεφθεί με καλή ακρίβεια από τη σχέση (2.7) του Τάσιου & Χρονόπουλου και στις δύο διευθύνσεις φόρτισης (βλ. πίνακα 4.3), ενώ αξιοσημείωτο είναι ότι ο Ευρωκώδικας έδωσε πολύ διαφορετική τιμή (στην περίπτωση που εφαρμόστηκε). Βέβαια οι αποκλίσεις των περισσότερων τύπων οφείλονται κυρίως στις συνθήκες υπό τις οποίες ισχύουν, κυρίως το είδος των τοιχοσωμάτων και τον τρόπο δόμησης. Παρακάτω βλέπουμε τα διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης που προέκυψαν από τις δοκιμές θλίψης των έξι δοκιμίων: (α) (β) Σχήμα 4.1 Διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης από δοκιμές θλίψης τοιχίσκων (α) θλίψη παράλληλα στους οριζόντιους αρμούς (β) θλίψη κάθετα στους οριζόντιους αρμούς Πίνακας 4.5 Ορθή παραμόρφωση αστοχίας τοιχίσκων υπό δοκιμή θλίψης παράλληλα στους αρμούς δοκίμιο παραμόρφωση αστοχίας Δοκίμιο_Ι Δοκίμιο_ΙΙ Δοκίμιο_ΙΙΙ κάθετα στους αρμούς δοκίμιο παραμόρφωση αστοχίας Δοκίμιο_ΙV Δοκίμιο_V Δοκίμιο_VΙ Μέση τιμή Μέση τιμή

114 Με βάση τη συμπεριφορά των δοκιμίων που παρατηρείται στα παραπάνω διαγράμματα (Σχ. 4.1), ο νόμος τάσης παραμόρφωσης της τοιχοποιίας μπορεί να προσομοιωθεί με παραβολικό γραμμικό προφίλ, με μικρό οριζόντιο κλάδο μετά την «διαρροή» της τοιχοποιίας, δηλαδή μετά την επίτευξη της μέγιστης τάσης. Ακολουθούν τα διαγράμματα όπου προσομοιώνεται η συμπεριφορά της τοιχοποιίας με το νόμο αυτό και δίνονται οι σχετικές τιμές αντοχής (fwc), παραμόρφωσης «διαρροής» (εw1) και παραμόρφωσης αστοχίας (εwu). (α) (β) Σχήμα 4.2 Εξιδανικευμένες καμπύλες τάσης παραμόρφωσης τοιχοποιίας (α) παράλληλα στους οριζόντιους αρμούς (β) κάθετα στους οριζόντιους αρμούς Σχήμα 4.3 Πειραματικός υπολογισμός μέτρου ελαστικότητας τοιχοποιίας

115 Με βάση το σχήμα του παραπάνω σχήματος 4.3 γίνεται υπολογισμός του μέτρου ελαστικότητας που προκύπτει έπειτα από τις πειραματικές δοκιμές. Στον παρακάτω πίνακα 4.6, καταγράφεται η θλιπτική αντοχή του κάθε δοκιμίου (fwc) καθώς και οι τιμές της τάσης και της παραμόρφωσης που αντιστοιχούν στο 5% και στο 33% της θλιπτικής αντοχής των δοκιμίων (σ5%, σ33% και ε5%, ε33%). Με βάση αυτά βρίσκεται το μέτρο ελαστικότητας κάθε δοκιμίου καθώς και ο μέσος όρος των τριών δοκιμίων για κάθε διεύθυνση φόρτισης. Δοκίμιο_Ι Δοκίμιο_ΙΙ Πίνακας 4.6 Πειραματική εύρεση μέτρου ελαστικότητας της τοιχοποιίας f wc = παράλληλα στους αρμούς [MPa] Ε= [MPa] fwc = [MPa] Ε= [MPa] Δοκίμιο_ΙΙΙ f wc = [MPa] Ε= [MPa] Μέσος όρος Ε = [MPa] Δοκίμιο_ΙV Δοκίμιο_V f wc = 3.09 [MPa] Ε= [MPa] f wc = 4.77 [MPa] Ε= [MPa] Δοκίμιο_VΙ f wc = 3.27 [MPa] Ε= [MPa] Μέσος όρος Ε = [MPa] κάθετα στους αρμούς σ 5% = ε 5% = σ 33% = ε 33% = σ 5% = ε 5% = σ 33% = ε 33% = σ 5% = ε 5% = 8.83E-05 σ 33% = ε 33% = σ 5% = ε 5% = 4.55E-05 σ 33% = ε 33% = σ 5% = ε 5% = 4.99E-05 σ 33% = ε 33% = σ 5% = ε 5% = 4.23E-05 σ 33% = ε 33% = Παρατηρείται ότι το μέτρο ελαστικότητας για φόρτιση κάθετα στους αρμούς, έχει τιμή MPa που ικανοποιεί με πολύ καλή ακρίβεια τη σχέση (2.22) σύμφωνα με την οποία: Εw = 1000fwc, αφού η αντίστοιχη μέση θλιπτική αντοχή των τοιχίσκων για φόρτιση κάθετα στους αρμούς βρέθηκε πειραματικά ίση με 3.71 MPa (βλ. Πίνακα 4.4). Αυτό δεν ισχύει για τη φόρτιση παράλληλα στους αρμούς όπου η θλιπτική αντοχή βρέθηκε ίση με MPa ενώ το μέτρο ελαστικότητας ίσο με MPa.

116 Ο προσδιορισμός των μηχανικών χαρακτηριστικών της τοιχοποιίας σε θλίψη, συνοψίζεται στα εξής πειραματικά αποτελέσματα: (παράλληλα στους αρμούς) (κάθετα στους αρμούς) Μέση θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας κάθετα στους αρμούς: wc Μέση θλιπτική αντοχή τοιχοποιίας παράλληλα στους αρμούς: fwc f 3.71 MPa MPa Μέση ορθή παραμόρφωση «διαρροής», κάθετα στους αρμούς: w Μέση ορθή παραμόρφωση «διαρροής», παράλληλα στους αρμούς: w Μέση ορθή παραμόρφωση αστοχίας, κάθετα στους αρμούς: wu Μέση ορθή παραμόρφωση αστοχίας, παράλληλα στους αρμούς: wu Μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας κάθετα στους αρμούς: Ew MPa Μέτρο ελαστικότητας τοιχοποιίας παράλληλα στους αρμούς: E w MPa

117 Διατμητική αντοχή και μέτρο διάτμησης Η θεωρητική τιμή της διατμητικής αντοχής της τοιχοποιίας, όπως αναφέρθηκε στην παράγραφο 2.5.2, δίδεται από τις σχέσεις (2.14) και (2.16) για αστοχία μόνο μέσω των αρμών ή και δια μέσου των λιθοσωμάτων, αντίστοιχα.. Εφαρμόζονται οι σχέσεις αυτές με δεδομένα τα μηχανικά χαρακτηριστικά των δοκιμίων της παρούσας εργασίας και εν συνεχεία συγκρίνονται με τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών διάτμησης που έγιναν στα πλαίσια της εργασίας αυτής. Για ευκολία επαναλαμβάνονται εδώ οι σχέσεις αυτές: Έχουν βρεθεί ως τώρα: Μέση θλιπτική αντοχή κονιάματος: f mc u (2.14) u fvw ) λαμβάνεται η τιμή: fvw0 = 0.22 MPa 1 1 fbc fbt 1 1 f f Μέση θλιπτική αντοχή οπτόπλινθων (κάθετα στις οπές): fbc bc bt (2.16) 9.21 MPa, άρα με βάση τον πίνακα 2.6 (παρ. Μέση εφελκυστική αντοχή οπτόπλινθων (κάθετα στις οπές): fbt 4.43 MPa 0.44 MPa Για την σύγκριση των τιμών που προκύπτουν θεωρητικά με τις πειραματικές τιμές, γίνεται εφαρμπγή των σχέσεων (2.14) και (2.16) για τις εξής στάθμες θλιπτικής τάσης: σ = 0 MPa σ = 0.1 MPa σ = 0.3 MPa σ = 0.45 MPa αφού όπως διαπιστώνεται παρακάτω αυτές οι στάθμες θλιπτικών τάσεων εφαρμόζονται και στις πειραματικές δοκιμές. Αφού εφαρμοστούν οι δύο αυτές σχέσεις για κάθε τιμή της θλιπτικής τάσης, λαμβάνεται τελικά η ελάχιστη διατμητική αντοχή που προκύπτει (δυσμενέστερη τιμή). Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται παρακάτω σε πίνακα και στο αντίστοιχο διάγραμμα:

118 Πίνακας 4.7 Θεωρητικός υπολογισμός διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας (τu) συναρτήσει της θλιπτική τάση (MPa) θλιπτικής τάσης (σ) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ (MPa) εξ. (2.14) εξ. (2.16) τελική τιμή (MPa) Σχήμα 4.4 Διάγραμμα θεωρητικής διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας συναρτήσει θλιπτικής τάσης Παρατηρείται ότι η τελική τιμή (δυσμενέστερη περίπτωση) προκύπτει κάθε φορά από την εξ. (2.14) κατά την οποία η σχέση διατμητικής αντοχής και θλιπτικής τάσης είναι γραμμική. Αυτό σημαίνει ότι για αυτές τις χαμηλές τιμές θλιπτικής τάσης και με βάση την περιβάλλουσα αστοχίας κατά Mann & Muller (βλ. Σχ. 2.3), βρισκόμαστε στην περιοχή όπου η αστοχία επέρχεται από αστοχία των αρμών (πρώτος κλάδος του διαγράμματος).

119 (επανάληψη σχήματος 2.3 για λόγους ευκολίας) Η θεωρητική τιμή για το μέτρο διάτμησης βρίσκεται από τη σχέση (2.24) βάσει της οποίας προκύπτει: E G MPa (1 ) 2 (1 0.2) 2 Όπου ελήφθη υπόψη το μέτρο ελαστικότητας κάθετα στους αρμούς, που υπολογίσθηκε πειραματικά, ενώ ο λόγος Poisson λήφθηκε ίσος με 0.2 που αντιστοιχεί σε οπτοπλινθοδομή χωρίς θλιπτική τάση. Για την πειραματική εύρεση της διατμητικής αντοχής των τοίχων έγιναν δύο κατηγορίες δοκιμών. Η πρώτη κατηγορία αφορά δοκιμές λοξού εφελκυσμού με βάση το πρότυπο ASTM E519. Τα δοκίμια που κατασκευάσθηκαν για το σκοπό αυτό ήταν διαστάσεων 87x87 cm και όχι διαστάσεων 1.20x1.20 cm που απαιτείται από το σχετικό πρότυπο, διότι οι δοκιμές διάτμησης του προτύπου αναφέρονται σε φέροντες τοίχους, μεγαλύτερου πάχους από τα δοκίμια της εργασίας αυτής. Στην προκειμένη η λυγηρότητά τους θα ήταν μεγάλη οπότε κρίθηκε ρεαλιστικότερο να κατασκευασθούν μικρότερα δοκίμια ούτως ώστε η επιρροή της λυγηρότητας να είναι μικρότερη. Στην περίπτωση αυτή οι δοκιμές γίνονται χωρίς θλιπτικό φορτίο. Η δεύτερη κατηγορία αφορά δοκιμές καθαρής διάτμησης σε μικρά δοκίμια τριών τούβλων (τριπλέτες), με βάση το πρότυπο ΕΝ (2002).

120 Δοκιμές βάσει προτύπου ASTM E519: Για την πειραματική μέτρηση της διατμητικής αντοχής βάσει της δοκιμής λοξού εφελκυσμού, κατασκευάσθηκαν τρία δοκίμια διαστάσεων 87x87 cm. Τα δοκίμια αυτά κατασκευάστηκαν παράλληλα με τα βασικά δοκίμια των πειραμάτων, με τα ίδια υλικά και συντηρήθηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες. Οι δοκιμές έγιναν σε χρονικό διάστημα περίπου δύο μηνών από την κατασκευή των δοκιμίων. Όπως φαίνεται στις επόμενες εικόνες, οι τοίχοι αυτοί τοποθετήθηκαν υπό γωνία 45 ο σε μεταλλικές γωνιές, μία στη βάση του τοίχοι και μία στην κορυφή του (στις οποίες «πακτώθηκαν» με χρήση γύψου). Εν συνεχεία, στη μια όψη τους, τοποθετήθηκαν αισθητήρες τύπου LVDT, ο ένας σε κατακόρυφη διάταξη και ο άλλος σε οριζόντια, με ίδιο μήκος μεταξύ τους. Στη μεταλλική γωνιά που βρίσκεται στην κορυφή, προσαρμόστηκε το άκρο εμβόλου το οποίο άσκησε θλιπτικό φορτίο μέχρι την αστοχία του τοίχου. Η κορυφή του τοίχου εξασφαλίστηκε έναντι πλευρικής μετατόπισης με τη χρήση χαλύβδινων κοιλοδοκών. Εικόνα 4.8 Διάταξη δοκιμίου για δοκιμή λοξού εφελκυσμού

121 (α) (β) Εικόνα 4.9 (α) Προσαρμογή αισθητήρα στο δοκίμιο (β) προσαρμογή εμβόλου στην κορυφή του δοκιμίου Από τις δοκιμές αυτές παρατηρήθηκε κάποια μεταβλητότητα στη συμπεριφορά των δοκιμίων καθώς αστόχησαν με διαφορετικό τρόπο. Στο ένα δοκίμιο παρατηρήθηκε ρωγμή που διερχόταν μόνο μέσω των αρμών (Εικόνα 4.12α) ενώ στο δεύτερο δοκίμιο παρατηρήθηκε ρωγμή που διερχόταν και μέσω λιθοσωμάτων (Εικόνα 4.12β). Ωστόσο, όπως διαπιστώνεται στη φωτογραφία οι αστοχίες στα λιθοσώματα σημειώνονται μόνο στις περιοχές κοντά στην κορυφή και τη βάση του τοίχου, όπου αυτός «πακτώνεται» στις μεταλλικές γωνιές, δηλαδή σε περιοχές με συγκέντρωση τάσεων. Στο μεγαλύτερο μέρος, λοιπόν, του δοκιμίου, που είναι και το πιο αντιπροσωπευτικό η αστοχία διέρχεται μόνο μέσω των αρμών. Στο τρίτο δοκίμιο υπήρξε ξαφνική κατάρρευση του δοκιμίου με αποτέλεσμα να μην μπορεί να γίνει σαφές το πώς ξεκίνησε η ρωγμή (Εικόνα 4.12γ).

122 (α) (β) Εικόνα 4.10 Αστοχίες τριών δοκιμίων λόγω λοξού εφελκυσμού(α) ρωγμή που διέρχεται μέσω αρμών μόνο (β) ρωγμή που διέρχεται και μέσω λιθοσωμάτων (γ) ξαφνική κατάρρευση δοκιμίου με την έναρξη της ρωγμής (γ) Από τις δοκιμές αυτές καταγράφηκε σε κάθε περίπτωση το μέγιστο φορτίο που ασκήθηκε κατά την αστοχία του δοκιμίου καθώς και οι παραμορφώσεις που μετρήθηκαν από τους αισθητήρες. Με δεδομένη τη γεωμετρία του πειράματος και τις καταγραφές αυτές, υπολογίζονται σύμφωνα με το πρότυπο ASTM E519 οι διατμητικές αντοχές των δοκιμίων καθώς και το μέτρο διάτμησης με βάση τις εξισώσεις που αναφέρονται παρακάτω.

123 Διατμητική αντοχή: s s 0.707P (4.2) A n W h An t n (4.3) Καθαρή επιφάνεια: 2 Διατμητική παραμόρφωση: Μέτρο διάτμησης: Όπου: P: μέγιστη κατακόρυφη δύναμη (Ν) w: πλάτος δοκιμίου (mm) h: ύψος δοκιμίου (mm) t: πάχος δοκιμίου (mm) n: λόγος συμπαγούς διατομής προς συνολική διατομή ΔV: κατακόρυφη βράχυνση δοκιμίου ΔΗ: οριζόντια επιμήκυνση δοκιμίου g: μήκος κατακόρυφου αισθητήρα V H (4.4) g G s s (4.5) Σχήμα 4.5 Σχηματική απεικόνιση διάταξης δοκιμής λοξού εφελκυσμού

124 Όλα τα δοκίμια ήταν διαστάσεων 870x870 mm και το πάχος τους ήταν 85 mm. Οι παραμορφώσεις κατά την οριζόντια και κατά την κατακόρυφη έννοια (ΔH και ΔV) βρέθηκαν διαιρώντας την μετακίνηση που κατέγραψαν ο οριζόντιος και ο κατακόρυφος αισθητήρας αντίστοιχα, με το αρχικό τους μήκος. Το αρχικό μήκος του κατακόρυφου αισθητήρα (g) ήταν 725 mm. Το μέγιστο κατακόρυφο φορτίο P βρέθηκε από την καταγραφή της δυναμοκυψέλης του εμβόλου. Ο συντελεστής n λαμβάνεται ίσος με τη μονάδα διότι οι τάσεις βρίσκονται βάσει της ονομαστικής διατομής του δοκιμίου. Δεν προβλέπεται ύπαρξη θλιπτικού φορτίου κάθετα ή παράλληλα στους αρμούς. Άρα η θλιπτική τάση για την οποία ισχύουν οι τιμές που προκύπτουν είναι σ = 0 MPa. Με βάση τα δεδομένα αυτά και τις εξισώσεις (4.2) έως (4.5) συμπληρώνεται ο παρακάτω πίνακας: δοκίμιο Πίνακας 4.8 Πειραματική εύρεση διατμητικής αντοχής, παραμόρφωσης αστοχίας και μέτρου P (kn) ΔV (mm) διάτμησης της τοιχοποιίας βάσει ASTM E519 ΔΗ (mm) A n (mm 2 ) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΜΕΤΡΟ ΔΙΑΤΜΗΣΗΣ s s (MPa) γ G (MPa) Ι ΙΙ ΙΙΙ μέσος όρος Παρατηρείται ότι η διατμητική τάση αστοχίας που θεωρητικά είχε υπολογισθεί από τις σχέσεις (2.14) και (2.16) για σ = 0 MPa, ίση με 0.22 MPa, υποτιμάται σε σημαντικό βαθμό σε σχέση με αυτήν που προέκυψε πειραματκά (0.84 MPa). Αντιθέτως, το μέτρο διάτμησης που προέκυψε πειραματικά (1403 MPa), έχει τιμή αρκετά κοντά σε αυτό που προέκυψε θεωρητικά (1569 MPa).

125 Δοκιμές βάσει προτύπου ΕΝ (2002): Για την πειραματική μέτρηση της διατμητικής αντοχής με δοκιμές άμεσης διάτμησης, κατασκευάσθηκαν 6 δοκίμια τύπου «τριπλέτας» δηλαδή ύψους τριών οπτόπλινθων. Τα δοκίμια αυτά κατασκευάστηκαν παράλληλα με τα βασικά δοκίμια των πειραμάτων, με τα ίδια υλικά και συντηρήθηκαν υπό τις ίδιες συνθήκες. Οι δοκιμές έγιναν σε χρονικό διάστημα περίπου δύο μηνών από την κατασκευή των δοκιμίων. Εικόνα 4.11 Ενδεικτικά δοκίμια πειραμάτων διάτμησης βάσει προτύπου ΕΝ Σχήμα 4.6 Σχηματική απεικόνιση πειραματικής διάταξης για δοκιμή διάτμησης

126 Η κατακόρυφη δύναμη V επιβάλλεται μέσω υδραυλική μηχανή (θλίψης, εφελκυσμού, κόπωσης) της «MTS» με δυναμικότητα 250 kn Οι θλιπτικές τάσεις σ επιβάλλονται μέσω ειδικής διάταξης με τη χρήση μεταλλικών πλακών, ελαστομερούς υλικού για ομοιόμορφη εφαρμογή της τάσης και προεντεταμένων ελατηρίων (βλ. εικόνα 4.17). Επιβάλλονται τρεις διαφορετικές στάθμες θλιπτικών τάσεων: σ= 0.1 MPa σ = 0.3 MPa σ = 0.45 MPa Σε κάθε στάθμη ελέγχονται δύο δοκίμια (για αυτό και ο συνολικός αριθμός των 6 δοκιμίων). Οι επιφάνειες έδρασης των λιθοσωμάτων στις μεταλλικές πλάκες πρέπει να είναι επιπεδωμένες. Τα δοκίμια επιπεδώθηκαν με τη χρήση τροχού αδιατάρακτης κοπής. Εικόνα 4.12 Τοποθέτηση δοκιμίου «τριπλέτας» στην υδραυλική μηχανή για τη δοκιμή διάτμησης

127 Εικόνα 4.13 Μηχανισμός επιβολής θλιπτικής τάσης σε δοκίμιο «τριπλέτας» για δοκιμή διάτμησης Εικόνα 4.14 Μεταλλικές πλάκες έδρασης επιπεδωμένων λιθοσωμάτων σε δοκίμιο «τριπλέτας» για δοκιμή διάτμησης

128 Η ενεργός επιφάνεια που παραλαμβάνει τη θλιπτική τάση είναι ίση με την επιφάνεια του λιθοσώματος, που στην παρούσα εργασία είναι οπτόπλινθοι επιφάνειας 186x85.6 mm. Δηλαδή: Ασ = mm 2 Η ενεργός επιφάνεια που παραλαμβάνει τη διάτμηση είναι το διπλάσιο της ανωτέρω επιφάνειας αφού οι διατμητικές τάσεις παραλαμβάνονται από δύο διεπιφάνειες. Δηλαδή: ΑV = mm 2 Στον παρακάτω πίνακα δίνονται τα φορτία αστοχίας (Vmax) κάθε δοκιμίου και οι αντίστοιχες διατμητικές αντοχές (τu) που προκύπτουν. Για κάθε στάθμη θλιπτικής τάσης λαμβάνεται ο μέσος όρος των δύο δοκιμίων. Πίνακας 4.9 Πειραματική εύρεση διατμητικής αντοχής της τοιχοποιίας βάσει ΕΝ θλιπτική τάση (ΜPa) δοκίμιο A V (mm 2 ) Vmax (kn) τ u (MPa) ΔΙΑΤΜΗΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ (MPa) Σχήμα 4.7 Διατμητική αντοχή τοιχοποιίας συναρτήσει της θλιπτικής τάσης, βάσει ΕΝ και προσαρμογή ευθείας στις πειραματικές τιμές

129 Οι ανωτέρω τιμές παρουσιάζονται σε διάγραμμα όπου επειδή τα σημεία δεν είναι συνευθειακά και οι δοκιμές δεν περιλαμβάνουν εύρεση διατμητικής αντοχής για μηδενική θλιπτική τάση, έχει γίνει προσαρμογή ευθείας στις πειραματικές τιμές και η ευθεία αυτή επεκτείνεται προς την αρχή του άξονα των θλιπτικών τάσεων (σ = 0 MPa). Τέλος δίδονται οι εικόνες με τις αστοχίες των δοκιμίων 1 έως 6 από τις δοκιμές διάτμησης σε «τριπλέτες». Εικόνα 4.15 Μορφές αστοχίας δοκιμίων τύπου «τριπλέτας» σε δοκιμές διάτμησης βάσει του προτύπου ΕΝ (διατμητική αστοχία διεπιφάνειας οπτόπλινθου κονιάματος σε όλες τις περιπτώσεις)

130 Ακολουθεί σύγκριση των θεωρητικών τιμών που προκύπτουν για τη διατμητική αντοχή με τις πειραματικές τιμές από τις δύο δοκιμές. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε κοινό διάγραμμα: Σχήμα 4.8 Σύγκριση θεωρητικών και πειραματικών τιμών διατμητικής αντοχής τοιχοποιίας Παρατηρείται ότι οι θεωρητικές σχέσεις (εξισώσεις 2.14 και 2.15) δίνουν αρκετά χαμηλότερες τιμές σε σχέση με τις πειραματικές. Φυσικά τα πειραματικά δεδομένα κρίνονται πιο αξιόπιστα και η εκτίμηση της διατμητικής αντοχής γίνεται με βάση αυτά. Τελικά συμπεραίνεται ότι ανάλογα με τον αναμενόμενο μηχανισμό αστοχίας θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η τιμή που προκύπτει από την αντίστοιχη πειραματική δοκιμή.

131 Ινόπλεγμα ενίσχυσης και μητρικό κονίαμα ενίσχυσης Στην παρούσα εργασία, για την ενίσχυση των δοκιμίων που χρησιμοποιήθηκαν για τα πειράματα, χρησιμοποιήθηκε το πλέγμα ινών SikaWrap 350G Grid της εταιρίας Sika Hellas ABEE. Πρόκειται για πλέγμα από ίνες γυαλιού εφελκυστικής αντοχής 2600 MPa (μετρούμενη κατά την ύφανση), οι οποίες είναι διατεταγμένες σε δύο κάθετες διευθύνσεις, και διαθέτουν επικάλυψη ανθεκτική σε αλκάλια. Η πυκνότητα των ινών είναι 2.6 g/cm 3 και το μέτρο ελαστικότητάς τους τουλάχιστον MPa. Η διάταξη των ινών στις δύο διευθύνσεις δεν είναι συμμετρική. Το ακατέργαστο βάρος του είναι 145 g/m 2 στην μια διεύθυνση (διεύθυνση (1)) και 135 g/m 2 στην άλλη διεύθυνση (διεύθυνση (2)). Το συνολικό του βάρος, δηλαδή, είναι 280 g/m 2 στην ακατέργαστη μορφή, ενώ μετά την επιφανειακή επεξεργασία ανέρχεται στα 360 g/m 2. Το άνοιγμα της βρογχίδας του είναι 14.2 mm επί 18.1 mm, από κέντρο σε κέντρο. Η μέγιστη εφελκυστική αντοχή του πλέγματος είναι 77 kn/m στην διεύθυνση (1) και 76 kn/m στην διεύθυνση (2). Η παραμόρφωση θραύσης του πλέγματος είναι 4.10% στην διεύθυνση (1) και 3.45% στην διεύθυνση (2). (Σημειώνεται ότι οι παραπάνω τιμές είναι τυπικές και ενδεικτικές. Οι πραγματικές τιμές εξαρτώνται από την ποιότητα της εφαρμογής και από τη μεθοδολογία μέτρησης εφελκυσμού. Πρέπει να εφαρμόζονται συντελεστές ασφαλείας σύμφωνα με τους σχετικούς κανονισμούς σχεδιασμού.) Ακολουθεί σχήμα στο οποίο φαίνονται τα δεδομένα που αναφέρθηκαν καθώς και οι υπολογισμοί βάσει των οποίων βρίσκεται η αντοχή του πλέγματος σε εφελκυσμό στις δύο διευθύνσεις:

132 Σχήμα 4.9 Σχηματική απεικόνιση διάταξης και χαρακτηριστικών πλέγματος ενίσχυσης Για τις ίνες στη διεύθυνση (1) ισχύει: Ονομαστικό πάχος ινών: w 135 gr / m 2 f 5 t f m = mm 6 3 f gr / m Εφελκυστική αντοχή: N 76 kn / m max 2 f f kn / m MPa 5 t f m

133 Για τις ίνες στη διεύθυνση (2) ισχύει: Ονομαστικό πάχος ινών: w 145 gr / m 2 f 5 t f m = mm 6 3 f gr / m Εφελκυστική αντοχή: N 76 kn / m max 2 f f kn / m MPa 5 t f m Το μέτρο ελαστικότητας των ινών γυαλιού λαμβάνεται (βιβλιογραφικά) ίσο με 70 GPa. Επομένως εξάγεται ότι: Ονομαστικό πάχος πλέγματος: t mm στη διεύθυνση (1) f t mm στη διεύθυνση (2) f Μέση εφελκυστική αντοχή πλέγματος: f MPa στη διεύθυνση (1) f f MPa στη διεύθυνση (2) f Μέτρο ελαστικότητας πλέγματος: E MPa στη διεύθυνση (1) f E MPa στη διεύθυνση (2) f Το κονίαμα που χρησιμοποιήθηκε ως μητρικό υλικό για την σύνθεση του TRM είναι κονίαμα της εταιρείας Thrakon ΑΕΒΕ, που χρησιμοποιείται για επικόλληση θερμομονωτικών πλακών και ενδείκνυται για συστήματα εφαρμογής εξωτερικής θερμομόνωσης. Πρόκειται για το προϊόν THC 405 PLUS και είναι ινοπλισμένο κονίαμα τσιμεντοειδούς βάσης, ενός συστατικού, τροποποιημένο με πολυμερικά πρόσθετα. Αποτελείται από τσιμέντο, χαλαζιακή άμμο με μέγιστο κόκκο 0.5 mm, ασβεστολιθικά fillers και βελτιωτικά πρόσθετα. Ανταποκρίνεται στα πρότυπα EN και ETAG 004. Η THC 405 PLUS χρησιμοποιείται ως κόλλα αλλά και ως σοβάς βασικής στρώσης θερμομονωτικών πλακών διογκωμένης πολυστερίνης, εξηλασμένης πολυστερίνης, σκληρού υαλοβάμβακα και φελλού, πάνω σε υποστρώματα από μπετόν, ελαφρύ μπετόν, τούβλα, τσιμεντόλιθους, πορομπετόν (YTONG), αυτοεπιπεδούμενα δάπεδα, επιχρίσματα και επίπεδη

134 τοιχοποιία με γεμάτους αρμούς, ενώ η χρήση του με υαλόπλεγμα ενδείκνυται και για τη σύνδεση διαφορετικών ειδών τοιχοποιίας. Το υπόστρωμα εφαρμογής της πρέπει να είναι επίπεδο, καθαρό από σαθρά και ξένα σώματα όπως π.χ. υπολείμματα λάσπης, σοβάδων, χρωμάτων, λαδιών κ.λπ. και χωρίς μεγάλες ρωγμές. Επίσης το υπόστρωμα πρέπει να είναι σταθερό και απαλλαγμένο από τάσεις συρρίκνωσης και παραμόρφωσης και να μην δέχεται δονήσεις. Εφαρμόζεται σε επίπεδες επιφάνειες απλώνοντάς την με τη λεία πλευρά της σπάτουλας και στη συνέχεια «χτενίζεται» ομοιόμορφα το στρώμα της κόλλας με την οδοντωτή πλευρά της. Δεν συνιστάται να εφαρμόζεται όταν υπάρχει πρόγνωση για παγετό τις επόμενες 24 ώρες από την εφαρμογή του προϊόντος, σε υγρές συνθήκες όπως βροχή ή σε τοιχοποιίες που εκτίθενται απευθείας σε έντονη ηλιακή ακτινοβολία ή σε ζεστά υποστρώματα. Οι αναλογίες ανάμιξης του κονιάματος με νερό είναι περίπου 4:1. Σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή, σε ένα καθαρό δοχείο προστίθενται 6 λίτρα νερό και στη συνέχεια γίνεται σταδιακή προσθήκη ενός σάκου κονίας των 25 kg ενώ γίνεται ανάδευση μέχρι να προκύψει μια ομογενής μάζα. Στη συνέχεια το μίγμα αφήνεται να ωριμάσει για 5 λεπτά και στη συνέχεια αναμιγνύεται πάλι για ένα λεπτό και είναι πλέον έτοιμο για χρήση για μερικές ώρες. Σημειώνεται ότι το μίγμα αυτό είναι θιξοτροπικό, που σημαίνει ότι η εργασιμότητά του αυξάνεται με την ανάδευση, ενώ αν αφεθεί αδιατάρακτο για πολλή ώρα «σκληραίνει» αρκετά ώστε να είναι εύκολη η εφαρμογή του σε κατακόρυφες επιφάνειες ή ακόμα και σε οροφές. Για την εύρεση των μηχανικών ιδιοτήτων του, έγινε λήψη δειγμάτων σε μεταλλικές μήτρες διαστάσεων 40x40x160 mm τα οποία ελήφθησαν κατά τη διάρκεια παρασκευής του κονιάματος και συντηρήθηκαν για 50 περίπου ημέρες στις ίδιες συνθήκες με τα δοκίμια. Η εφελκυστική αντοχή τους βρέθηκε με δοκιμές κάμψης τριών σημείων, ενώ η θλιπτική αντοχή βρέθηκε με δοκιμές θλίψης των δύο επιμέρους τμημάτων που προέκυψαν από κάθε δοκιμή κάμψης. Η πειραματική διάταξη και η επεξεργασία των αποτελεσμάτων ήταν ακριβώς η ίδια με αυτή που χρησιμοποιήθηκε και για τις δοκιμές του κονιάματος δόμησης της τοιχοποιίας και περιεγράφηκε στην παράγραφο Τα αποτελέσματα δίνονται στον ακόλουθο πίνακα:

135 Πίνακας 4.10 Υπολογισμός μέσης εφελκυστικής και θλιπτικής αντοχής κονιάματος μήτρας του TRM Δοκίμιο ΕΦΕΛΚΥΣΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ ΘΛΙΠΤΙΚΗ ΑΝΤΟΧΗ P (N) σmax (MPa) P (N) σmax (MPa) Μέσος όρος Για το κονίαμα της μήτρας του TRM είναι απαραίτητη και η εύρεση του μέτρου ελαστικότητάς του. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δύο ακόμη δοκίμια στα οποία τοποθετήθηκαν μηκυνσιόμετρα και υποβλήθησαν σε δοκιμή θλίψης. Από τις δοκιμές αυτές προέκυψαν διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης των δοκιμίων από τα οποία και προέκυψε το τέμνον μέτρο ελαστικότητας (σύμφωνα με το πρότυπο ASTM International C580). Εικόνα 4.16 Τοποθέτηση μηκυνσιομέτρων σε δοκίμια κονιάματος μήτρας του TRM

136 Σχήμα 4.10 Καμπύλες τάσης παραμόρφωσης για δοκίμια κονιάματος μήτρας του TRM Η πρότυπη καμπύλη του προτύπου ASTM C580 είναι της μορφής: Σχήμα 4.11 Διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης για την εύρεση μέτρου ελαστικότητας σύμφωνα με το πρότυπο ASTM International C580 Όπου το σημείο G αντιστοιχεί στο 50% της μέγιστης παραμόρφωσης. Στην περίπτωση του παρόντος κονιάματος, παρατηρείται ότι το σημείο Β ταυτίζεται με την αρχή των αξόνων (βλ. Σχ. 4.10). Άρα για τον υπολογισμό του τέμνοντος μέτρου ελαστικότητας που ορίζεται μεταξύ των σημείων Β και Ε, χρειάζεται να βρεθούν οι τιμές τάσης και παραμόρφωσης στο σημείο Ε.

137 Πίνακας 4.11 Τιμές τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων κονιάματος μήτρας του TRM, για τον υπολογισμό του μέτρου ελαστικότητάς του μέγιστη παραμόρφωση 50% μέγιστης παραμόρφωσης τάση στο 50% της μέγιστης παραμόρφωσης (MPa) Τέμνον μέτρο ελαστικότητας (MPa) εη εε σε Ε=σΕ/εΕ δοκίμιο δοκίμιο Μέση τιμή Ο προσδιορισμός των μηχανικών χαρακτηριστικών του κονιάματος μήτρας του ΙΑΜ συνοψίζεται στα εξής πειραματικά αποτελέσματα: Μέση εφελκυστική αντοχή κονιάματος: fmt Μέση θλιπτική αντοχή κονιάματος: fmc 4.45 MPa 12.0 MPa Μέση παραμόρφωση αστοχίας σε θλίψη: εmu = Μέτρο ελαστικότητας κονιάματος: Em = MPa Η σχέση τάσης παραμόρφωσης του κονιάματος σε θλίψη εξιδανικεύεται ως γραμμική:

138 Ινόπλεγμα σε Ανόργανη Μήτρα Με δεδομένα τα μηχανικά χαρακτηριστικά των επιμέρους υλικών του ΙΑΜ (πλέγμα και μητρικό κονίαμα) μπορούν να προσδιοριστούν θεωρητικά οι ιδιότητες του ΙΑΜ βάσει του «κανόνα ανάμιξης» που αναφέρθηκε στην παράγραφο 3.4. Για την εφαρμογή του κανόνα θεωρείται δοκίμιο πλάτους b, μήκους L και πάχους t = 5mm. Εικόνα 4.17 Υποθετική διατομή δοκιμίου ΙΑΜ Για την εφαρμογή του κανόνα ανάμιξης, απαιτείται ο υπολογισμός των ογκομετρικών ποσοστών των δύο επιμέρους υλικών. Υπενθυμίζονται οι σχέσεις: E = EfVf + EmVm (3.1) ft,trm = ffvf+ fm,t(1- Vf) (3.2) Όπου: Εf το μέτρο ελαστικότητας των ινών Εm το μέτρο ελαστικότητας των ινών Vf ο λόγος όγκου των ινών Vm ο λόγος όγκου της μήτρας ft,trm η εφελκυστική αντοχή του σύνθετου υλικού ft,f η εφελκυστική αντοχή της ίνας fm,t η εφελκυστική τάση της μήτρας κατά την αστοχία της ίνας Αναλυτικά προσδιορίζονται: Όγκος δοκιμίου = tbl Όγκος ινών = tfbl Όγκος μήτρας = Όγκος δοκιμίου - Όγκος ινών

139 Για τη διεύθυνση (1) του πλέγματος είναι γνωστό από την προηγούμενη παράγραφο ότι: tf = mm Επομένως υπολογίζονται: Ογκομετρικό ποσοστό ινών: Vf = (tfbl)/( tbl) = tf/t = /5 = 0.01 Ογκομετρικό ποσοστό μήτρας: Vm = 1 Vf = = 0.99 Από την προηγούμενη παράγραφο είναι, επίσης, γνωστά (για τη διεύθυνση (1) του πλέγματος) ότι: Εf = MPa Em = MPa ff = MPa fm,t = 4.45 MPa, ωστόσο επειδή στον κανόνα ανάμιξης χρησιμοποιείται η εφελκυστική τάση του κονιάματος κατά την αστοχία της ίνας, εδώ λαμβάνεται ίση με μηδέν αφού το κονίαμα θα έχει αστοχήσει σε εφελκυσμό πολύ πριν την αστοχία της ίνας (πρόκειται για χαμηλής ελαστικότητας τσιμεντοκονίαμα). Με εφαρμογή των ανωτέρω δεδομένων στις σχέσεις (3.1) και (3.2) υπολογίζονται για το TRM (για τη διεύθυνση (1) του πλέγματος): Et =EfVf + EmVm = 70000* *0.99 = 3375 MPa ft,trm =ffvf+ fm,t(1- Vf) = * *0.99 = 14.6 MPa Εάν επαναληφθεί η ίδια διαδικασία για δοκίμιο πάχους 8mm και διπλάσια ποσότητα ινών (2 στρώσεις πλέγματος ινών) θα προκύψουν τα αποτελέσματα: Ογκομετρικό ποσοστό ινών: Vf = (tfbl)/( tbl) = tf/t = 2* /8 = Ογκομετρικό ποσοστό μήτρας: Vm = 1 Vf = = Et =EfVf + EmVm = 70000* *0.987 = 3576 MPa ft,trm =ffvf+ fm,t(1- Vf) = * *0.987 = 19.0 MPa Επισημαίνεται, ωστόσο, ότι ο κανόνας ανάμιξης ισχύει υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχει τέλεια πρόσφυση μεταξύ των ινών και της μήτρας, πράγμα που στην περίπτωση των ΙΑΜ δεν ισχύει απόλυτα. Οι ίνες δεν είναι πλήρως εμποτισμένες με την μήτρα αλλά μόνο ένα κλάσμα αυτών, ίσο με την εξωτερική στρώση κάθε κλώνου ινών. Το γεγονός αυτό φαίνεται και από την μορφή αστοχίας της συγκεκριμένης διάταξης κατά την οποία κατά κανόνα παρατηρείται

140 προοδευτική θραύση ποσοστού των ινών σε κάθε κλώνο και όχι ταυτόχρονη θραύση όλων των ινών. Το κονίαμα ουσιαστικά εισχωρεί στις βρογχίδες του πλέγματος και «περικλείει» τις ίνες δημιουργώντας με αυτό τον τρόπο μια διατομή που παρουσιάζει συμπεριφορά «ψευδοπλαστιμότητας». Για τους παραπάνω λόγους, οι ιδιότητες του TRM προσδιορίζονται και πειραματικά με δοκιμές άμεσου εφελκυσμού σε δοκίμια που περιγράφονται παρακάτω. Έγιναν δοκιμές σε δύο δοκίμια με μια στρώση πλέγματος ινών (δοκίμια Α_1L και Β_1L) και σε δύο δοκίμια με δύο στρώσεις πλέγματος (δοκίμια Α_2L και Β_2L). Ο προσανατολισμός του πλέγματος στο δοκίμιο ήταν τέτοιος ώστε να προσδιοριστεί η εφελκυστική αντοχή του υλικού θέτοντας σε εφελκυσμό τις ίνες κατά την διεύθυνση (1) του πλέγματος. Η γεωμετρία των δοκιμίων είναι η ακόλουθη: Εικόνα 4.18 Γεωμετρία δοκιμίων άμεσου εφελκυσμού TRM σε σχέδιο 2D και 3D Αυτή η γεωμετρία των δοκιμίων που ελέγχονται σε άμεσο εφελκυσμό έχει προταθεί από την επιτροπή RILEM Committee s TC TDT (Test Methods and Design of Textile Reinforced

141 Concrete). Το πλεονέκτημα αυτού του τύπου δοκιμίου είναι ότι ρηγματώνεται και αστοχεί μέσα στο ευθύγραμμο τμήμα του, επειδή κατασκευάζεται πιο λεπτό στο τμήμα αυτό. Έτσι, αποφεύγονται οι ρηγματώσεις κοντά στα μεταλλικά πέλματα που χρησιμοποιούνται για να συγκρατήσουν το δοκίμιο στο συγκεκριμένο πείραμα. Οι οριζόντιες διαστάσεις των δοκιμίων παρουσιάζονται στο παραπάνω σχήμα. Το πάχος του κάθε δοκιμίου διαφέρει ανάλογα με τον αριθμό των στρώσεων πλέγματος που τοποθετούνται στο δοκίμιο. Πίνακας 4.12 Ονοματολογία, περιγραφή και πάχη δοκιμίων για εφελκυσμό του ΙΑΜ Δοκίμιο Περιγραφή Πάχος (mm) Ονομαστικό πάχος (mm) A_1L Μια στρώση υαλοπλέγματος B_1L Μια στρώση υαλοπλέγματος A_2L Δύο στρώσεις υαλοπλέγματος B_2L Δύο στρώσεις υαλοπλέγματος Στις ακόλουθες φωτογραφίες φαίνεται ο τρόπος κατασκευής των δοκιμίων. Εικόνα 4.19 Προετοιμασία μεταλλικής μήτρας και πλέγματος πριν την προσθήκη του κονιάματος (φαίνεται ο αποστάτης που τοποθετήθηκε στην κάτω πλευρά για την εκλέπτυνση του δοκιμίου στο μέσον του)

142 Εικόνα 4.20 Προσθήκη κονιάματος και αποστάτη στην πάνω πλευρά για εκλέπτυνση του δοκιμίου στο μέσον του Εικόνα 4.21 Δοκίμιο έτοιμο για συντήρηση Αφού τα δοκίμια συντηρήθηκαν σε θάλαμο συντήρησης για περισσότερο από ένα μήνα και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν οι δοκιμές εφελκυσμού στην υδραυλική μηχανή της MTS που διαθέτει το εργαστήριο. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε περιγράφεται ακολούθως. Οι παραμορφώσεις μετρήθηκαν με τη μέθοδο της φωτογραμμετρίας, κατά την οποία, συγκεκριμένο μέρος του δοκιμίου σαρώνεται από κάμερα εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας, αναλύεται σε pixel και εν συνεχεία οι μετακινήσεις των pixel καταμετρώνται από την κάμερα. Έχοντας προσδιορίσει το αρχικό μήκος του τμήματος που σαρώθηκε, οι μετακινήσεις μπορούν να μετατραπούν σε

143 παραμορφώσεις. Έτσι επιτυγχάνεται μια πολύ ακριβής μέτρηση των παραμορφώσεων στο δοκίμιο. (α) (β) Εικόνα 4.22 (α) Σχηματική απεικόνιση τοποθέτησης δοκιμίου στις αρπάγες που προσαρμόζονται στην υδραυλική μηχανή εφελκυσμού (β) Τοποθετημένο δοκίμιο στην MTS για τη δοκιμή και τοποθέτηση κάμερας για τη φωτογραμμετρία Στην παραπάνω εικόνα, φαίνεται αριστερά ο μηχανισμός συγκράτησης του δοκιμίου για τη δοκιμή άμεσου εφελκυσμού. Επισημαίνεται ότι όλα τα μεταλλικά μέρη του συνδέονται με αρθρώσεις ώστε να μη παραλαμβάνεται καμία ροπή από το δοκίμιο. Δεξιά φαίνεται η προσαρμογή του μηχανισμού αυτού στην υδραυλική μηχανή για τη διεξαγωγή της δοκιμής.

144 Εικόνα 4.23 Σάρωση του κορμού του δοκιμίου (λεπτότερο τμήμα, όπου αναμένονται οι ρηγματώσεις) από κάμερα υψηλής ανάλυσης για μέτρηση παραμορφώσεων με τη μέθοδο της φωτογραμμετρίας Η φόρτιση εισάγεται στο δοκίμιο από τα δύο πέλματα που είναι συνδεδεμένα με τις αρπάγες της μηχανής. Η κάτω αρπάγη μετακινείται προς τα κάτω, ενώ η πάνω αρπάγη παραμένει σταθερή. Έτσι, το δοκίμιο υποβάλλεται στη δοκιμή του άμεσου εφελκυσμού. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε με την εισαγωγή σταθερού ρυθμού μετατόπισης από τη μηχανή MTS της τάξης του 0.02 mm/s. Το φορτίο μπορεί να μετρηθεί από τη μηχανή με μεγάλη ικανότητα και ακρίβεια. Από τη μέτρηση της δύναμης και της παραμόρφωσης για το κάθε δοκίμιο, εξάγονται τα διαγράμματα δύναμης παραμόρφωσης. Για τον υπολογισμό της τάσης, η δύναμη διαιρέθηκε με την ονομαστική επιφάνεια του κάθε δοκιμίου και όχι με την πραγματική. Ονομαστική επιφάνεια = πλάτος μεταλλικής μήτρας (120 mm) * ονομαστικό πάχος ΙΑΜ (5 ή 8 mm) Τελικά, προέκυψαν τα παρακάτω διαγράμματα:

145 Σχήμα 4.12 Διαγράμματα δύναμης παραμόρφωσης δοκιμίων ΙΑΜ σε άμεσο εφελκυσμό, με μια ή δύο στρώσεις πλέγματος (1L ή 2L) Σχήμα 4.13 Διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης δοκιμίων ΙΑΜ σε άμεσο εφελκυσμό με μια ή δύο στρώσεις πλέγματος (1Lή 2L) Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι η μέγιστη δύναμη που παραλαμβάνουν τα δοκίμια με δύο στρώσεις πλέγματος, είναι μεν μεγαλύτερη, αλλά όχι διπλάσια από αυτή που παραλαμβάνουν τα δοκίμια με μια στρώση. Επιπλέον, καθώς τελικά αυτή η τιμή διαιρείται με ονομαστικό πάχος 8mm, δηλαδή μεγαλύτερο από το ονομαστικό πάχος των 5mm που αντιστοιχεί σε δοκίμια με μια στρώση, τελικά η τάση αστοχίας προκύπτει περίπου ίση για τις δύο περιπτώσεις. Στις παρακάτω φωτογραφίες φαίνονται οι αστοχίες των τεσσάρων δοκιμίων:

146 Α_1L B_1L A_2L B_2L Εικόνα 4.24 Αστοχία δοκιμίων TRM σε δοκιμή άμεσου εφελκυσμού Στα δοκίμια με δύο στρώσεις πλέγματος παρατηρήθηκε θλιπτική αστοχία του κονιάματος εντός του μηχανισμού συγκράτησης του δοκιμίου. Αυτό συνέβη μετά την επίτευξη της μέγιστης δύναμης και στα διαγράμματα τάσης-παραμόρφωσης αναπαριστάται με πτώση της τάσης, πέραν της οποίας όμως δεν επέρχεται αστοχία αλλά ακολουθεί ένας κλάδος με μικρές αυξομειώσεις στην τάση ενώ η παραμόρφωση διαρκώς αυξάνεται. Αυτή η μορφή οφείλεται εν μέρει στην επιρροή της θλιπτικής αστοχίας στο σημείο αγκύρωσης του δοκιμίου και εν μέρει σε τοπικές αποκολλήσεις ινών μεταξύ τους ή σε σχέση με το κονίαμα. Επίσης, σημαντικό είναι ότι στα δοκίμια με δύο στρώσεις πλέγματος παρατηρήθηκε μεγαλύτερη διασπορά εφελκυστικών ρωγμών σε σχέση με αυτά που είχαν μια στρώση πλέγματος, τα οποία παρουσίασαν λιγότερες ρωγμές μέχρι την θραύση των ινών. Από τα πειραματικά δεδομένα, εξάγονται τα εξής αποτελέσματα: Η εφελκυστική αντοχή υπολογίζεται συναρτήσει του αριθμού των στρώσεων πλέγματος ως ο μέσος όρος των δύο αντίστοιχων δοκιμίων. Βρίσκεται με βάση ονομαστικό πάχος 5 mm για μια στρώση πλέγματος και 8 mm για δύο στρώσεις πλέγματος, καθότι τόσο περίπου μετρήθηκε και στα δοκίμια τοιχοποιίας όπου τελικά εφαρμόστηκε η ενίσχυση. Για τις δύο περιπτώσεις, μια ή δύο στρώσεις πλέγματος, λαμβάνοντας το μέσο όρο από τα δύο δοκίμια (Α ή Β), προκύπτει η τάση και η παραμόρφωση αστοχίας του TRM

147 Πίνακας 4.13 Πειραματική τιμή εφελκυστικής αντοχής ΙΑΜ, με 1 ή 2 στρώσεις πλέγματος δοκίμιο ονομαστικό πάχος (mm) μέγιστη δύναμη (kn) μέγιστη τάση (ΜPa) παραμόρφωση στη μέγιστη τάση (%) Α_1L Β_1L A_2L B_2L τάση αστοχίας (MPa) παραμόρφωση αστοχίας (%) Όσον αφορά το μέτρο ελαστικότητας του σύνθετου υλικού, υπενθυμίζεται ότι η εξιδανικευμένη συμπεριφορά του έχει την ακόλουθη μορφή: (επανάληψη σχήματος 2.11 για λόγους ευκολίας) Σε σύγκριση με τα διαγράμματα που δίνονται ανωτέρω, παρατηρείται ότι η αρχική, ελαστική, δυσκαμψία του αρηγμάτωτου υλικού είναι πολύ μεγάλη (σχεδόν κατακόρυφος αρχικός κλάδος της καμπύλης) και κρίνεται ρεαλιστικό να ληφθεί υπόψη στην ανάλυση, η δυσκαμψία και του ρηγματωμένου στοιχείου (Et). Επομένως, στα διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης των τεσσάρων δοκιμίων, προσαρμόζεται ευθεία στον κλάδο που ακολουθεί τις πρώτες ρηγματώσεις και βρίσκεται η κλίση της. Αυτό είναι και το μέτρο ελαστικότητας του ρηγματωμένου υλικού που λαμβάνεται υπόψη. Παρακάτω δίνονται τα διαγράμματα όπου έχει απομονωθεί ο κλάδος του διαγράμματος τάσης παραμόρφωσης του ρηγματωμένου στοιχείου, μέχρι το σημείο της αστοχίας. Στους

148 κλάδους αυτούς των καμπυλών, φαίνονται οι προσαρμοσμένες ευθείες η κλίση των οποίων δίνει το μέτρο ελαστικότητας κάθε δοκιμίου. Σχήμα 4.14 Διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης - κλάδοι ρηγματωμένων δοκιμίων και προσαρμοσμένες ευθείες (με διακεκομμένες γραμμές) Από τον υπολογισμό της κλίσης των προσαρμοσμένων ευθειών, προκύπτει το μέτρο ελαστικότητας του ρηγματωμένου υλικού (Εt). Το τελικό μέτρο ελαστικότητας για τις περιπτώσεις μιας ή δύο στρώσεων πλέγματος στο ΙΑΜ, δίνεται από το μέσο όρο των εκάστοτε δύο δοκιμίων. Για τον υπολογισμό του αρχικού μέτρο ελαστικότητας (της αρηγμάτωτης διατομής) προσδιορίζεται το σημείο όπου γίνεται η πρώτη μεταβολή στην κλίση του αρχικού κλάδου του διαγράμματος. Με βάση την τιμή της τάσης (σ) και της παραμόρφωσης (ε) στο σημείο αυτό, βρίσκεται η κλίση του αρχικού κλάδου, που είναι και το ζητούμενο μέτρο ελαστικότητας Εt0. Πίνακας 4.14 Μέτρο ελαστικότητας αρηγμάτωτου και ρηγματωμένου ΙΑΜ, με 1 ή 2 στρώσεις δοκίμιο πλέγματος σ (MPa) ε Εt0 (MPa) Αρηγμάτωτο δοκίμιο μέσος όρος (MPa) Εt (MPa) Α_1L B_1L Α_2L B_2L μέσος όρος (MPa) Ρηγματωμένο δοκίμιο

149 Τελικά, η σχέση τάσης παραμόρφωσης του TRM σε εφελκυσμό προσομοιώνεται με τριγραμμική καμπύλη που δίνεται παρακάτω για τις περιπτώσεις μιας ή δύο στρώσεων πλέγματος: (α) ΙΑΜ με μια στρώση πλέγματος (β) ΙΑΜ με δύο στρώσεις πλέγματος Σχήμα 4.15 Εξιδανικευένη καμπύλη τάσης παραμόρφωσης ΙΑΜ

150 Ο προσδιορισμός των μηχανικών χαρακτηριστικών του ΙΑΜ συνοψίζεται στα εξής πειραματικά αποτελέσματα: μια στρώση πλέγματος: t t1= 5 mm Για ονομαστικό πάχος ΙΑΜ: δύο στρώσεις πλέγματος: t = 8 mm Προκύπτουν: t2 (μια στρώση πλέγματος) (δύο στρώσεις πλέγματος) Τάση αστοχίας ΙΑΜ: μια στρώση πλέγματος: f = 9.00 MPa δύο στρώσεις πλέγματος: f = 8.92 MPa t1 t2 Παραμόρφωση αστοχίας ΙΑΜ: μια στρώση πλέγματος: ε = 2.46 % δύο στρώσεις πλέγματος: ε = 2.93 % t1 t2 Μέτρο ελαστικότητας ρηγματωμένου ΙΑΜ: μια στρώση πλέγματος: δύο στρώσεις πλέγματος: t1 t2 = 297 MPa = 424 MPa Τέλος, αναφέρεται ότι οι υπολογισμοί και οι δοκιμές που περιγράφονται στην παρούσα παράγραφο αφορούν μόνο τη διεύθυνση (1) των ινών του υαλοπλέγματος, αλλά καθότι η διαφορά στον όγκο των ινών μεταξύ των δύο διευθύνσεων είναι πολύ μικρή, λαμβάνονται τα ίδια μηχανικά χαρακτηριστικά και για τις δύο διευθύνσεις.

151 Θερμομονωτικές πλάκες Στην εφαρμογή της συγκεκριμένης εργασίας, χρησιμοποιήθηκαν θερμομονωτικές πλάκες διογκωμένης πολυστερίνης (EPS Expanded Polysterene) των 2 cm, όπως φαίνεται και στην παρακάτω εικόνα. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε η EPS 200 RFCE, όπου τα τεχνικά χαρακτηριστικά της παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα όπως δίνονται από τον κατασκευαστή. Πίνακας 4.15 Τεχνικά χαρακτηριστικά διογκωμένης πολυστερίνης Τεχνικά Χαρακτηριστικά Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ (10 ο C) Θερμική αντίσταση για πλάκα πάχους Μονάδα Μέτρησης Kcal/m*h* o C Διογκωμένη Πολυστερίνη EPS 200 RF CE Τιμή 20mm m 2 * K/W 40mm Πρότυπο Ελέγχου EN EN 823 Καμπτική αντοχή σb MPa 0.25 EN Θλιπτική τάση για 10% παραμόρφωση σ10 Εφελκυστική τάση κάθετα στις όψεις σmt Μακροπρόθεσμη απορρόφηση ύδατος σε βύθιση Αντίσταση διαπερατότητας υδρατμών μ (Αέρας μ=1) MPa 0.20 EN 826 MPa 0.40 EN % EN EN Φαινόμενη πυκνότητα kg/m EN 1602 Αντίσταση στη φωτιά Κατηγορία Β1 DIN 4102

152 ΤΥΠΟΙ ΔΟΚΙΜΙΩΝ ΟΝΟΜΑΤΟΛΟΓΙΑ Τα δοκίμια που κατασκευάσθηκαν για τους σκοπούς της συγκεκριμένης εργασίας, ανταποκρίνονται στα τρία βασικά στοιχεία ενός φέροντος τοίχου, δηλαδή τα διατμητικά τοιχώματα, τους πεσσούς και τα υπέρθυρα, όπως αυτά περιεγράφηκαν στην παράγραφο Επομένως υπάρχουν συνολικά τρεις ομάδες δοκιμίων οι οποίες είναι: Ομάδα Α: Διατμητικά τοιχώματα Ομάδα Β: Πεσσοί Ομάδα C: Υπέρθυρα Τα δοκίμια κάθε ομάδας είναι κατασκευασμένα σε μεσαία κλίμακα και οι διαστάσεις τους φαίνονται στην παρακάτω εικόνα. Διατμητικό τοίχωμα πεσσός υπέρθυρο Εικόνα 4.25 Ομάδες δοκιμίων και διαστάσεις (σε mm) Σκοπός είναι να εξεταστούν διάφορες διατάξεις τοποθέτησης του υλικού ενίσχυσης και του υλικού θερμομόνωσης, προκειμένου να κριθεί η καταλληλότερη όσον αφορά την αποτελεσματικότητα της ενίσχυσης. Επομένως κατασκευάζονται δοκίμια με μονόπλευρη και με αμφίπλευρη τοποθέτηση των υλικών και σε κάθε περίπτωση δοκιμάζεται η τοποθέτηση του υλικού ενίσχυσης σε επαφή με τον τοίχο ή η τοποθέτηση του υλικού θερμομόνωσης σε επαφή με τον τοίχο.

153 Βασικός γνώμονας των διαφόρων διατάξεων είναι ότι διατηρείται σταθερή η συνολική ποσότητα υλικού ενίσχυσης και θερμομόνωσης που τοποθετείται στο κάθε δοκίμιο για κάθε ομάδα. Συγκεκριμένα, σε όλα τα δοκίμια τοποθετούνται δύο στρώσεις TRM και δύο θερμομονωτικές πλάκες πάχους 2 cm η κάθε μία. Κατά συνέπεια, προκύπτει ότι η κάθε ομάδα περιλαμβάνει συνολικά πέντε δοκίμια: 1. Δοκίμιο ελέγχου (Control): δοκίμιο χωρίς καμία επέμβαση 2. Δοκίμιο με αμφίπλευρη επέμβαση, με τοποθέτηση των θερμομονωτικών πλακών σε επαφή με τον τοίχο και το TRM εξωτερικά 3. Δοκίμιο με αμφίπλευρη επέμβαση, με τοποθέτηση του TRM σε επαφή με τον τοίχο και των θερμομονωτικών πλακών εξωτερικά 4. Δοκίμιο με μονόπλευρη επέμβαση, με τοποθέτηση των θερμομονωτικών πλακών σε επαφή με τον τοίχο και το TRM εξωτερικά 5. Δοκίμιο με μονόπλευρη επέμβαση, με τοποθέτηση του TRM σε επαφή με τον τοίχο και των θερμομονωτικών πλακών εξωτερικά Για την σύντομη και κατανοητή περιγραφή του κάθε δοκιμίου, ακολουθούνται οι εξής κανόνες στην ονοματολογία τους: Αρχικά τοποθετείται ένα πρώτο γράμμα που δηλώνει την ομάδα του δοκιμίου (Α, Β ή C) Στη συνέχεια ακολουθεί το γράμμα M (Masonry) που υποδηλώνει την τοιχοποιία το οποίο περιβάλλεται από γράμματα (i) και αριθμούς (1 ή 2) εκατέρωθεν ή μονόπλευρα Το γράμμα i υποδηλώνει μια στρώση θερμομονωτικού υλικού (insulation) στην εκάστοτε επιφάνεια του δοκιμίου. Ο αριθμός (1 ή 2) υποδηλώνει τον αριθμό των στρώσεων TRM στην εκάστοτε επιφάνεια του δοκιμίου. Αν δεν ακολουθεί το γράμμα M αλλά το C τότε αναφερόμαστε στο δοκίμιο ελέγχου (Control) επομένως δεν αναμένεται το C να περιστοιχίζεται από άλλα σύμβολα αφού δεν έχει γίνει επέμβαση σε αυτό. Οι στρώσεις των υλικών είναι τοποθετημένες στα δοκίμια με τη σειρά με την οποία διαβάζεται το όνομα του δοκιμίου. Δηλαδή αριστερά από το Μ δηλώνεται η τοποθέτηση των υλικών στη μία πλευρά του τοίχου και δεξιά από το Μ δηλώνεται η τοποθέτηση των υλικών στην εκατέρωθεν πλευρά του τοίχου.

154 Το πλεονέκτημα αυτής της ονοματολογίας είναι ότι με την ανάγνωση του ονόματος αποκτάται μια εποπτεία για τη διάταξη των υλικών στο δοκίμιο που γίνεται η αναφορά. Παρακάτω απεικονίζονται τομές των δοκιμίων όλων των ομάδων όπου φαίνονται οι στρώσεις των υλικών και η ονοματολογία. Στις απεικονίσεις ακολουθείται ο συμβολισμός της παρακάτω εικόνας: Εικόνα 4.26 Συμβολισμός υλικών στην απεικόνιση των δοκιμίων

155 Εικόνα 4.27 Τομές και ονόματα δοκιμίων ομάδας Α (διατμητικά τοιχώματα) Εικόνα 4.28 Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίων ομάδας Α (διατμητικά τοιχώματα)

156 Εικόνα 4.29 Τομές και ονόματα δοκιμίων ομάδας B (πεσσοί) Εικόνα 4.30 Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίων ομάδας Β (πεσσοί)

157 Εικόνα 4.31 Τομές και ονόματα δοκιμίων ομάδας C (υπέρθυρα) Εικόνα 4.32 Τρισδιάστατη απεικόνιση δοκιμίων ομάδας C (υπέρθυρα) 4.3. ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΔΟΚΙΜΙΩΝ Η κατασκευή των τοιχίσκων έγινε από πεπειραμένο κτίστη, εντός του χώρου του εργαστηρίου, όπως φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία. Η κατασκευή όλων των δοκιμίων έγινε με τις οπτόπλινθους και το κονίαμα που περιεγράφηκαν στην παράγραφο Για τη στήριξη των τοίχων και την αποφυγή ανατροπής τους κατά τη διάρκεια της συντήρησής τους, κατασκευάσθηκαν ξύλινα πλαίσια εντός των οποίων κατασκευάσθηκαν και εν συνεχεία ενισχύθηκαν τα δοκίμια. Το πάχος των αρμών ήταν μεταξύ 10 mm και 15 mm. Κατά την δόμηση των δοκιμίων δόθηκε ιδιαίτερη προσοχή στην εξασφάλιση της κατακορυφότητας, καθώς ύπαρξη πιθανής εκκεντρότητας δημιουργεί προβλήματα στην επιβολή του αξονικού φορτίου. Η επέμβαση ενίσχυσης και θερμομόνωσης σε όλα τα δοκίμια έγινε από τους συμμετέχοντες φοιτητές (Καψάλης Παναγιώτης, Γεωργίου Λουκία και Βερροίου Κατερίνα) καθώς και τον

158 τεχνικό του εργαστηρίου και υποψήφιο Διδάκτορα (Κάρλο Κυριάκο), με τα υλικά που περιεγράφηκαν στις παραγράφους έως Εικόνα 4.33 Διαδικασία κατασκευής δοκιμίων Το κονίαμα για τη συγκόλληση των θερμομονωτικών πλακών και για τον εμποτισμό του υαλοπλέγματος, παρήχθη και αυτό στο χώρο του εργαστηρίου. Έγινε χρήση ηλεκτρικού αναδευτήρα για την ανάμιξή του, η οποία έγινε σύμφωνα με τις προδιαγραφές του τεχνικού φυλλαδίου του. Το πρώτο βήμα για την επέμβαση σε κάθε δοκίμιο ήταν ο καθαρισμός της επιφάνειας των τοιχίσκων από σαθρά υλικά και η ύγρανσή του μέχρι σημείου κορεσμού. Στη συνέχεια ακολουθεί εφαρμογή κονιάματος στην επιφάνεια του τοίχου με τη χρήση μεταλλικής σπάτουλας, με σκοπό την εξομάλυνσή του. Για την εφαρμογή του Ινοπλέγματος σε Ανόργανη Μήτρα γίνεται εφαρμογή νέας στρώσης κονιάματος, το οποίο σπατουλάρεται με την οδοντωτή πλευρά της σπάτουλας, με σκοπό να δημιουργηθούν οδοντώσεις οι οποίες θα προκαλέσουν καλύτερο εμποτισμό του πλέγματος με κονίαμα και σε μεγαλύτερο βάθος. Στη συνέχεια, με τη λεία πλευρά της σπάτουλας και ασκώντας μικρή πίεση, η επιφάνεια λειαίνεται ενώ το πλέγμα εισχωρεί στη στρώση του κονιάματος. Ακολουθεί η διόρθωση τυχόν ατελειών προσέχοντας η επιφάνεια να είναι όσο το δυνατόν πιο λεία και το πλέγμα να είναι πλήρως καλυμμένο με κονίαμα και όσο το δυνατόν πιο

159 επίπεδο (πρέπει να αποφεύγονται οι καμπυλώσεις του). Η τελική αυτή επιφάνεια μπορεί να αποτελέσει την υπόβαση είτε για δεύτερη στρώση ΙΑΜ, είτε για κόλληση θερμομονωτικής πλάκας, είτε τελική επιφάνεια του δοκιμίου. Η ίδια διαδικασία ακολουθείται και στην περίπτωση που το ΙΑΜ εφαρμόζεται πάνω στην επιφάνεια της θερμομονωτικής πλάκας αντί του τοίχου. Εικόνα 4.34 Εφαρμογή οδοντώσεων στο κονίαμα πριν την τοποθέτηση του πλέγματος Εικόνα 4.35 Λείανση επιφάνειας του ΙΑΜ μετά την τοποθέτηση του πλέγματος Για την επικόλληση των θερμομονωτικών πλακών, με δεδομένη τη λεία υπόβαση από το χρησιμοποιούμενο κονίαμα, τοποθετείται επιπλέον κονίαμα στη θερμομονωτική πλάκα που στη συνέχεια «περνιέται» με τη χρήση της οδοντωτής πλευράς της σπάτουλας, μέχρις ότου καλυφθεί

160 όλη η επιφάνεια της πλάκας με κονίαμα. Στη συνέχεια, η θερμομονωτική πλάκα τοποθετείται προσεκτικά στην επιφάνεια του τοίχου (με ιδιαίτερη προσοχή ειδικά αν η υπόβαση είναι στρώση ΙΑΜ). Κατά την τοποθέτησή της, η πλάκα πιέζεται και χτυπιέται ελαφρά με το χέρι, έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η καλή επικόλλησή της σε όλη την επιφάνειά της, χωρίς φυσαλίδες αέρα εγκλωβισμένες στο κονίαμα και έτσι ώστε να γίνει όσο το δυνατόν πιο επίπεδη τοποθέτησή της. Το περισσευούμενο κονίαμα που εκχειλίζει περιμετρικά, αφαιρείται με προσοχή. Εικόνα 4.36 Λεία υπόβαση με κονίαμα για την επικόλληση της θερμομονωτικής πλάκας Εικόνα 4.37 Οδοντώσεις στο κονίαμα για την επικόλληση της θερμομονωτικής πλάκας

161 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ Για τις ανάγκες των πειραμάτων χρησιμοποιήθηκε το πλαίσιο φόρτισης του Εργαστηρίου Μηχανικής και Τεχνολογίας Υλικών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών με δυνατότητες φόρτισης 500 kn το κατακόρυφο και 250 kn το οριζόντιο υδραυλικό έμβολο της εταιρίας «MTS». Για κάθε ομάδα δοκιμίων (Α, Β ή C) χρησιμοποιήθηκε διαφορετική διάταξη, η οποία περιγράφεται στις επόμενες παραγράφους Διάταξη για δοκίμια τύπου Α (διατμητικά τοιχώματα) Γενική περιγραφή: Τα δοκίμια Α τύπου διατμητικού τοιχώματος φορτίστηκαν με επιβολή οριζόντιας ανακυκλιζόμενης δύναμης, με σημείο εφαρμογής στην κορυφή τους. Για την επιβολή της δύναμης αυτής χρησιμοποιήθηκε το οριζόντιο έμβολο του μεταλλικού πλαισίου. Ο κάθε τοίχος πακτώθηκε στη βάση του τοποθετούμενος εντός μεταλλικής δοκού διατομής U, η οποία ήταν ακλόνητα στηριγμένη στη βάση του μεταλλικού πλαισίου. Στην εσοχή της δοκού αυτής (μεταξύ των πελμάτων) τοποθετήθηκε το δοκίμιο και τα κενά καλύφθηκαν με χρήση ρητινών. Στην κορυφή κάθε δοκιμίου τοποθετήθηκε επίσης μεταλλική δοκός διατομής U η οποία εφάπτεται ομοιόμορφα στο δοκίμιο με χρήση οικοδομικής γύψου στο εσωτερικό της. Στη μια μεριά της δοκού αυτής υπήρχε επικολλημένη μεταλλική πλάκα πάνω στην οποία προσαρμόζεται το οριζόντιο έμβολο (της εταιρείας MTS ) για την επιβολή της φόρτισης, με τη χρήση ντιζών. Για την προσομοίωση του αξονικού φορτίου λόγω υπερκείμενων ορόφων, χρησιμοποιήθηκε υδραυλικό έμβολο της εταιρείας Enerpac, τοποθετούμενο μεταξύ κοιλοδοκών. Τα δύο υδραυλικά έμβολα που χρησιμοποιήθηκαν εφάπτονται στην κατασκευή με απλή έδραση ενώ η κεφαλή κάθε εμβόλου περιλαμβάνει σφαιρική άρθρωση. Για την λήψη μετρήσεων κατά τη διάρκεια του πειράματος τοποθετήθηκαν 5 αισθητήρες τύπου LVDT. Οι τρεις τοποθετήθηκαν οριζόντια σε τρία διαφορετικά ύψη με σκοπό να καταγραφούν οι οριζόντιες μετακινήσεις κοντά στη βάση, το μέσον και την κορυφή του δοκιμίου. Οι άλλοι δύο τοποθετήθηκαν κατακόρυφα, κοντά στη βάση, στα δύο άκρα της, με σκοπό να μετρηθούν μετακινήσεις από πιθανή ανασήκωση της βάσης του δοκιμίου.

162 Στην παρακάτω φωτογραφία φαίνεται συνολικά η πειραματική διάταξη που περιεγράφηκε, ενώ είναι σημειωμένες και μερικές από τις λεπτομέρειες που επεξηγούνται παρακάτω. Εικόνα 4.38 Γενική άποψη πειραματικής διάταξης για δοκίμια ομάδας Α (διατμητικό τοίχωμα)

163 Βάση δοκιμίου Συνθήκες πάκτωσης: Η δοκός διατομής U εντός της οποίας τοποθετείται το δοκίμιο, είναι συγκολλημένη σε μεταλλικές πλάκες οι οποίες βιδώνονται στο δάπεδο του μεταλλικού πλαισίου με κατακόρυφες ντίζες (βλ. εικόνα 4.39). Η παγίωση του δοκιμίου εντός της δοκού διατομής U γίνεται με τη χρήση παχύρευστης ρητίνης στο κάτω μέρος και λεπτόρρευστης ρητίνης στα πλαϊνά (βλ. Σχ. 4.17). Για την περαιτέρω πάκτωση της βάσης του τοίχου και προστασία έναντι ανασήκωσης, προστίθενται στα άκρα της δοκού U, μεταλλικές πλάκες οι οποίες εφάπτονται στην ανωτέρω διάταξη με χρήση γύψου. Έτσι καλύπτονται τυχόν κενά μεταξύ δοκιμίου και μεταλλικών πλακών. Εν συνεχεία η μια πλευρά με τις μεταλλικές αυτές πλάκες σφηνώνεται στο ακλόνητο υποστύλωμα του μεταλλικού πλαισίου ενώ η άλλη σφηνώνεται επάνω στην δοκό U με τη χρήση κοιλοδοκών που συνδέονται με οριζόντιες ντίζες (βλ. Σχ. 4.17). Η μια από αυτές τις κοιλοδοκούς προστατεύεται έναντι ανασήκωσης μέσω της διάταξης που φαίνεται στην εικόνα Το αποτέλεσμα είναι η περίσφιγξη του δοκιμίου στη βάση του καθώς αυτό «σφηνώνεται» στο ακλόνητο υποστύλωμα του μεταλλικού πλαισίου. Τα παραπάνω φαίνονται της επόμενες εικόνες: Σχήμα 4.16 Σχηματική απεικόνιση (σε κάτοψη) της διάταξης για την πάκτωση της βάσης των δοκιμίων ομάδας Α

164 Εικόνα 4.39 Διάταξη τοποθέτησης των δοκιμίων ομάδας Α, σε μεταλλική δοκό U, για την πάκτωση της βάσης της Σχήμα 4.17 Διάταξη τοποθέτησης των δοκιμίων ομάδας Α, σε μεταλλική δοκό U, για την πάκτωση της βάσης της

165 Εικόνα 4.40 Φωτογραφία διάταξης για την πάκτωση της βάσης των δοκιμίων ομάδας Α (α) (β) Εικόνα 4.41 Τοποθέτηση μεταλλικών στοιχείων εκατέρωθεν της βάσης των δοκιμίων, για τη σφήνωσή της στο ακλόνητο μεταλλικό υποστύλωμα Εικόνα 4.42 Όψεις της διάταξης για την προστασία της κοιλοδοκού 2 έναντι ανασήκωσης

166 Κορυφή δοκιμίου: Στην κορυφή κάθε δοκιμίου τοποθετείται μεταλλική δοκός διατομής U. Στο εσωτερικό της είναι συγκολλημένες μεταλλικές λάμες σε τέτοιες θέσεις ώστε να υπάρχει μικρό κενό μεταξύ του δοκιμίου και αυτών. Για την ομοιόμορφη και σταθερή εφαρμογή της στο δοκίμιο χρησιμοποιείται οικοδομική γύψος. Έτσι δημιουργούνται συνθήκες πολύ καλής σύνδεσης μεταξύ της μεταλλικής δοκού και της κορυφής του δοκιμίου. Επάνω στη μεταλλική δοκό τοποθετείται μεταλλική κοιλοδοκός στην οποία εν συνεχεία εφάπτεται το έμβολο που ασκεί το κατακόρυφο φορτίο. Αυτό γίνεται για να υπάρχει ομοιόμορφη κατανομή των θλιπτικών τάσεων λόγω κατακόρυφης δύναμης. (βλ. εικόνα 4.43). Στη μια πλευρά της μεταλλικής δοκού υπάρχει συγκολλημένη διάτρητη μεταλλική πλάκα στην οποία προσαρμόζεται η αρθρωτή κεφαλή του εμβόλου (βλ. εικόνα 4.44). κοιλοδοκός μεταλλική δοκός διατομής U Εικόνα 4.43 Μεταλλικές δοκοί στην κορυφή των δοκιμίων ομάδας Α Εικόνα 4.44 Προσαρμογή αρθρωτής κεφαλής εμβόλου στη μεταλλική δοκό στην κορυφή των δοκιμίων ομάδας Α

167 Επιβολή αξονικού φορτίου: Η επιβολή του αξονικού φορτίου έγινε με τη χρήση υδραυλικού εμβόλου της εταιρείας «Enerpac» το οποίο προσαρμόστηκε μεταξύ κοιλοδοκών. Στις τέσσερις ντίζες που είναι ισχυρά βιδωμένες στο δάπεδο, βιδώνονται δύο κοιλοδοκοί κάθετα στην επιφάνεια του τοίχου. Αυτές οι κοιλοδοκοί είναι αμετακίνητες κατά την κατακόρυφη έννοια (με την υπόθεση ότι οι ντίζες είναι απαραμόρφωτες). Από το μέσο αυτών εξέχουν άλλες δύο μικρότερες ντίζες στις οποίες βιδώνεται μια μικρότερη κοιλοδοκός. Και αυτή η κοιλοδοκός είναι αμετακίνητη κατά την κατακόρυφη έννοια (με την υπόθεση ότι οι ντίζες και οι κοιλοδοκοί είναι απαραμόρφωτες). Επιπλέον, υπάρχει άλλη μία κοιλοδοκός που εφάπτεται στη μεταλλική δοκό U (στην κορυφή του δοκιμίου). Μεταξύ των δύο τελευταίων κοιλοδοκών που αναφέρθηκαν, τοποθετείται το έμβολο και ρυθμίζεται να ασκεί πίεση έτσι ώστε η τάση που εφαρμόζεται στον τοίχο να ισοδυναμεί με το 10% της θλιπτικής αντοχής του. Τα παραπάνω φαίνονται στην επόμενη εικόνα. Εικόνα 4.45 Διάταξη επιβολής αξονικού φορτίου στα δοκίμια ομάδας Α

168 Καταγραφή μετρήσεων: Οι μετρήσεις που λαμβάνονται από τα πειράματα αυτά είναι η μετακινήσεις του δοκιμίου και η δύναμη του οριζοντίου εμβόλου που επιβάλει της μετακινήσεις. Από τη δυναμοκυψέλη του εμβόλου λαμβάνεται η τιμή της δύναμης σε κάθε χρονική στιγμή ενώ από τον αισθητήρα μετακίνησης λαμβάνεται και η μετακίνησή του, η οποία θα πρέπει να ταυτίζεται με την μετακίνηση της κορυφής κάθε δοκιμίου. Για την επαλήθευση στην τιμή της μετακίνησης τοποθετείται γραμμικός αισθητήρας LVDT κοντά στην κορυφή του κάθε δοκιμίου, καθώς και άλλοι δύο, ένας στο μέσο και ένας στη βάση του δοκιμίου, με σκοπό να υπάρχει πιο πλήρης εικόνα για το προφίλ των οριζόντιων μετακινήσεων του δοκιμίου (βλ. εικόνα 4.46). Επιπλέον, τοποθετήθηκαν άλλοι δύο αισθητήρες σε κατακόρυφη διάταξη, κοντά στη βάση του δοκιμίου, πλησίον στα δύο άκρα της, με σκοπό να μετρηθούν μετακινήσεις από πιθανή ανασήκωση της βάσης του δοκιμίου (περίπτωση αστοχίας με μορφή «λικνισμού») (βλ. εικόνα 4.47). Εικόνα 4.46 Οριζόντιοι και κατακόρυφοι αισθητήρες στα δοκίμια ομάδας Α

169 Ειδικές λεπτομέρειες: Στην περίπτωση που οι θερμομονωτικές πλάκες βρίσκονται στην εξωτερική πλευρά του δοκιμίου (Δοκίμια Α_i1M1i και Α_M2ii) στη βάση του δοκιμίου οι θερμομονωτικές πλάκες αφαιρούνται ούτως ώστε η ρητίνη να έρχεται σε επαφή με την στρώση του TRM και την τοιχοποιία για να επιτευχθεί η πάκτωση του δοκιμίου. Αυτό γίνεται διότι οι θερμομονωτικές πλάκες έχουν πολύ μικρή αντοχή και στην περίπτωση που πάει να συμβεί λικνισμός του δοκιμίου αυτό δεν θα παρεμποδιστεί καθώς αυτές θα αποκοπούν και η ρητίνη που εμποτίζεται στα πλαϊνά θα είναι στην ουσία ανενεργή. Επειδή με αυτό τον τρόπο το κενό μεταξύ του δοκιμίου και της μεταλλικής δοκού είναι πολύ μεγάλο, δεν γεμίζεται με σκέτη λεπτόρρευστη ρητίνη, αλλά γίνεται και προσθήκη ξηραμένης άμμου, απαλλαγμένης από παιπάλη και με μέγεθος κόκκου 1-3 mm. Εικόνα 4.47 Αφαίρεση θερμομονωτικής πλάκας στη βάση του δοκιμίου και προσθήκη άμμου και ρητίνης για καλύτερη πάκτωση Διάταξη για δοκίμια τύπου Β (πεσσοί) Τα δοκίμια τύπου πεσσού (Β) υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση με σημείο εφαρμογής το μέσον τους. Τοποθετήθηκαν σε οριζόντια διάταξη που δεν αντιστοιχεί στην πραγματική τους θέση στην κατασκευή (κτίριο). Ωστόσο, έγινε η θεώρηση ότι το ίδιο βάρος τους είναι αμελητέο, επομένως δεν επηρεάζονται τα αποτελέσματα.

170 Στα άκρα τους στηρίχθηκαν με αρθρώσεις, επάνω και κάτω, οι οποίες ήταν σε θέσεις τέτοιες ώστε το καθαρό άνοιγμα να ισούται με 1.15 m. Οι στηρίξεις τοποθετήθηκαν σε μεταλλικές βάσεις που φαίνονται την παρακάτω εικόνα. Για να εξακολουθεί να στηρίζεται σε αρθρώσεις το δοκίμιο, όταν αυτό ωθείται προς τα επάνω (αρνητικά και θετικά βέλη κάμψης), χρησιμοποιήθηκαν χαλύβδινες ντίζες και κοιλοδοκοί που συνέδεαν την επάνω άρθρωση με τις μεταλλικές βάσεις. Το φορτίο στο μέσον εφαρμόστηκε, επίσης, με τη χρήση αρθρώσεων. Η εφαρμογή έγινε με κατακόρυφο υδραυλικό της εταιρείας MTS. Για τις περιπτώσεις ώθησης του δοκιμίου προς τα επάνω κατά τη διάρκεια της ανακύκλισης της φόρτισης, χρησιμοποιήθηκε ειδική διάταξη με χαλύβδινες ντίζες και μια μεταλλική δοκό, που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Το θλιπτικό φορτίο λόγω υπερκείμενων ορόφων εφαρμόστηκε με τη χρήση υδραυλικού εμβόλου της εταιρείας «Enerpac». Χρησιμοποιήθηκαν και εδώ ντίζες και κοιλοδοκοί για την προσαρμογή του εμβόλου και η πίεση στο έμβολο ρυθμίστηκε έτσι ώστε να ασκηθεί στο δοκίμιο μια προένταση ίση με το 10% της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας. Η επαφή των μεταλλικών μερών (κοιλοδοκοί, αρθρώσεις) στη διεπιφάνεια με την τοιχοποιία έγινε με χρήση οικοδομικής γύψου. Για επιβεβαίωση της καταγραφής της κατακόρυφης μετακίνησης του εμβόλου, τοποθετήθηκε στο μέσον του δοκιμίου και ένας αισθητήρας τύπου LVDT σε κατακόρυφη διάταξη. Εικόνα 4.48 Γενική άποψη πειραματικής διάταξης για δοκίμια τύπου Β (πεσσοί)

171 Στις φωτογραφίες που ακολουθούν γίνονται σαφέστερες μερικές από τις λεπτομέρειες της πειραματικής διάταξης. (α) (β) Εικόνα 4.49 (α) άρθρωση άνω αριστερά (β) άρθρωση κάτω δεξιά (α) (β) Εικόνα 4.50 (α) προσαρμογή κεφαλής εμβόλου στην επάνω διατομή του δοκιμίου (β) Σχηματική απεικόνιση προσαρμογής εμβόλου στο δοκίμιο για ανακύκλιση φόρτισης

172 Εικόνα 4.51 (άνω) Προσαρμογή εμβόλου μεταξύ κοιλοδοκών (με απλή έδραση) για την εφαρμογή του θλιπτικού φορτίου (κάτω) Σχηματική απεικόνιση (κάτοψη) συστήματος επιβολής αξονικού φορτίου Εικόνα 4.52 Τοποθέτηση κατακόρυφου αισθητήρα LVDT

173 Διάταξη για δοκίμια τύπου C (υπέρθυρα) Τα δοκίμια τύπου υπέρθυρου τοποθετήθηκαν σε ίδια διάταξη με τα δοκίμια τύπου πεσσού, με τη μόνη διαφορά ότι στα υπέρθυρα δεν επιβλήθηκε αξονικό φορτίο καθότι τα αξονικά φορτία στα στοιχεία αυτά, εντός μια πραγματικής κατασκευής, είναι αμελητέα. Επομένως δεν χρειάζεται να επαναληφθούν εδώ οι λεπτομέρειες της πειραματικής διάταξης αφού έχουν περιγραφεί αναλυτικά στην προηγούμενη παράγραφο. Δίδεται απλώς κι εδώ μια φωτογραφία με την γενική άποψη της πειραματικής διάταξης. Εικόνα 4.53 Γενική άποψη πειραματικής διάταξης για δοκίμια τύπου C (υπέρθυρα)

174 ΕΠΙΒΟΛΗ ΦΌΡΤΙΣΗΣ Η φόρτιση που επιβλήθηκε στα δοκίμια ήταν φόρτιση ελεγχόμενης μετακίνησης. Συγκεκριμένα, υποβλήθηκαν σε ανακυκλιζόμενη μετακίνηση με αυξανόμενο εύρος μέχρι την αστοχία. Σε κάθε κύκλο φόρτισης το εύρος αυξάνεται κατά 1 mm. Μοναδική εξαίρεση ο πρώτος κύκλος που γίνεται σε μέγιστο εύρος 0.5 mm ούτως ώστε να υπάρχει σαφέστερη εικόνα για τον αρχικό ελαστικό κλάδο στη συμπεριφορά του δοκιμίου. Η ανακύκλιση ήταν της εξής μορφής: Κύκλος φόρτισης = Αρχική θέση ισορροπίας Ώθηση προς τη θετική φορά Αρχική θέση ισορροπίας Ώθηση προς την αρνητική φορά Αρχική θέση ισορροπίας Σε κάθε περίπτωση θετική φορά θεωρείται αυτή κατά την οποία το έμβολο επιμηκύνεται. Ο ρυθμός επιβολής της μετακίνησης ήταν αργός ούτως ώστε η φόρτιση να θεωρείται στατική. Ωστόσο ήταν μεταβλητός. Οι πρώτοι δύο κύκλοι φόρτισης είχαν ρυθμό επιβολής μετακίνησης 0.05 mm/sec, οι κύκλοι 3 έως 5 είχαν ρυθμό 0.1 mm/sec ενώ στους υπόλοιπους κύκλους ο ρυθμός ήταν ίσος με 0.5 mm/sec. Σχήμα 4.18 Γράφημα ιστορίας φόρτισης

175 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 5.1. ΓΕΝΙΚΑ Η καταγραφή των πειραματικών αποτελεσμάτων αφορά καταγραφή δύναμης και μετακινήσεων σε καθορισμένες διατομές των δοκιμίων (κορυφή δοκιμίων ομάδας Α, μέσον δοκιμίων ομάδας Β και C). Οι καταγραφές κάθε πειραματικής δοκιμής εμπεριέχουν σφάλματα τα οποία οφείλονται συνοπτικά στους εξής παράγοντες: Γεωμετρικές ατέλειες των δοκιμίων ή της πειραματικής διάταξης που μπορεί να επηρεάσουν την πορεία της δοκιμής και την επιθυμητή απόκριση του δοκιμίου. Σφάλματα μετρήσεων που αφορούν την ποιότητα των οργάνων καταγραφής (αισθητήρες) και την ύπαρξη θορύβου στις καταγραφές. Ο θόρυβος σε κάποιες καταγραφές ήταν σημαντικός και έγινε φιλτράρισμα των δεδομένων που καταγράφηκαν με τη χρήση του φίλτρου Butterworth2 ης τάξης που εφαρμόστηκε με τη χρήση του Matlab. Επίσης, σε περιπτώσεις που η δειγματοληψία ήταν πολύ πυκνή έγινε αραίωση των δεδομένων για τη μείωση θορύβου και σφαλμάτων. Οι γεωμετρικές ατέλειες σε δοκίμια τοιχοποιίας είναι δεδομένο πως υπάρχουν εκ της κατασκευής τους αλλά είναι αμελητέες για την καταγραφή των αποτελεσμάτων. Αυτές που δεν είναι αμελητέες είναι οι ατέλειες της πειραματικής διάταξης που μπορεί να οδηγήσουν σε δυσλειτουργία αυτής (π.χ. αστοχία κάποιας στήριξης κατά τη διάρκεια της δοκιμής) με αποτέλεσμα να επηρεαστούν σημαντικά οι καταγραφές και η απόκριση του δοκιμίου. Στις επόμενες παραγράφους παρατίθενται τα αποτελέσματα μετά από όποια επεξεργασία έγινε για αφαίρεση θορύβου, ενώ τυχόν σφάλματα που οφείλονται στην πειραματική διάταξη αναφέρονται κατά περίπτωση στην αναλυτική περιγραφή του εκάστοτε δοκιμίου. Εν συνεχεία, τα αποτελέσματα των καταγραφών δύναμης και μετατόπισης υπόκεινται σε περαιτέρω επεξεργασία για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την αντοχή, την παραμορφωσιμότητα, τη δυσκαμψία των δοκιμίων κ.λπ. ενώ πραγματοποιούνται και συγκρίσεις μεταξύ των δοκιμίων.

176 ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Α Γενικά Υπενθυμίζεται ότι τα δοκίμια ομάδας Α αφορούν δοκίμια τύπου διατμητικού τοιχώματος και οι διαστάσεις τους είναι περίπου 1m x 1.30m (πλάτος x ύψος). Το καθαρό ύψος και πλάτος των δοκιμίων, όπως μετρήθηκαν μετά την τοποθέτησή τους εντός της πειραματικής διάταξης, είναι 1180 mm ύψος και 980 mm πλάτος. Καταγράφεται η δύναμη του εμβόλου που ασκείται στην κορυφή του δοκιμίου και η αντίστοιχη οριζόντια μετατόπιση του εμβόλου η οποία συγκρίνεται με την μετατόπιση που καταγράφεται από τον αισθητήρα LVDT που τοποθετήθηκε κοντά στην κορυφή του δοκιμίου. Οι μετατόπιση του εμβόλου και του πλησιέστερου αισθητήρα είναι πολύ κοντινές, επομένως κρίνονται αξιόπιστες και τελικά χρησιμοποιείται η μετατόπιση που καταγράφεται από τη μηχανή του εμβόλου. Κατά την ανακύκλιση της φόρτισης, θετική θεωρείται η κατεύθυνση κατά την οποία το έμβολο μετατοπίζεται προς τα δεξιά (ώθηση του εμβόλου), ενώ αρνητική αυτή κατά την οποία το έμβολο κατευθύνεται προς τα αριστερά (έλξη του εμβόλου). Εικόνα 5.1 Γενικά στοιχεία πειραματικής διάταξης δοκιμίων Α

177 Επιπλέον, αξίζει να σημειωθούν οι εξής παρατηρήσεις πριν την περιγραφή της συμπεριφοράς του εκάστοτε δοκιμίου: Σε όλα τα δοκίμια υπήρξαν αποκολλήσεις αρμών της τοιχοποιίας, λόγω εφελκυσμού, ήδη από τον 2 ο ή 3 ο κύκλο φόρτισης, δηλαδή σε πολύ μικρές μετατοπίσεις. Οι αποκολλήσεις αυτές είναι αμελητέες καθώς η συνεισφορά της τοιχοποιίας στην παραλαβή εφελκυστικών τάσεων είναι γνωστό πως είναι μηδαμινή και δεν λαμβάνεται υπόψη. Εξάλλου αυτή η ρηγμάτωση δεν επηρεάζει τη συμπεριφορά της στην παραλαβή θλιπτικών τάσεων αφού με την εναλλαγή της φοράς φόρτισης, οι ρηγματώσεις αυτές «κλείνουν» και η μεταφορά τάσεων γίνεται κανονικά. Εξάλλου φαίνεται και από τα διαγράμματα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του τοίχου, ότι δεν υπάρχει κάποια αλλαγή στην κλίση της καμπύλης (άρα μηδαμινή επιρροή της δυσκαμψίας) ούτε και στην παραλαβή της οριζόντιας δύναμης στην κορυφή (μηδαμινή επιρροή στη ροπή αντοχής στη βάση όπου βρίσκεται η κρίσιμη διατομή). Στους τελευταίους κύκλους φόρτισης των δοκιμίων παρατηρούνται κάποιες μικρές και σύντομες αυξομειώσεις («οδοντώσεις») της καμπύλης στο διάγραμμα. Αυτό οφείλεται στην ανακατανομή του αξονικού φορτίου. Στους κύκλους αυτούς, η οριζόντια μετατόπιση είναι αρκετά μεγάλη και λόγω της στροφής του δοκιμίου, σημαντική είναι και η κατακόρυφη μετατόπιση στην κορυφή. Αυτό επηρεάζει την κατακόρυφη τάση του εμβόλου που έχει τοποθετηθεί στην κορυφή για την προσομοίωση του θλιπτικού φορτίου. Η τάση αυτή έχει ρυθμιστεί να είναι σταθερή (ίση με το 10% της θλιπτικής αντοχής της τοιχοποιίας) αλλά λόγω των μετακινήσεων η θέση του εμβόλου άρα και η ασκούμενη δύναμη επηρεάζονται. Οι «οδοντώσεις» αυτές λοιπόν οφείλονται στις διαδοχικές διορθώσεις του controllerτου κατακόρυφου εμβόλου που αποσκοπούν στη διατήρηση της σταθερής τιμής του κατακόρυφου φορτίου. «Αστοχία» θεωρείται η θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας ή η εφελκυστική αστοχία του TRM (αποκόλληση του μανδύα ή θραύση ινών). Ως σημείο αστοχίας θεωρείται η χρονική στιγμή όπου συμβαίνει απότομη πτώση της αντοχής του δοκιμίου. Αν η πτώση της αντοχής είναι ομαλή (π.χ. λόγω διαδοχικής θραύσης ινών), τότε αστοχία θεωρείται η πτώση της μέγιστης οριζόντιας δύναμης κατά 20%. Η μερική αποκόλληση των ινών από την μήτρα (τηλεσκοπική αστοχία) δεν θεωρείται αστοχία του δοκιμίου διότι η αντοχή του δεν έχει εξαντληθεί και διότι δεν μπορεί να εντοπιστεί με καλή αξιοπιστία (παρόλο που σε πραγματικές συνθήκες η επέμβαση δεν σχεδιάζεται για παραμορφώσεις όπου συμβαίνουν αποκολλήσεις των ινών ή ολόκληρου του μανδύα).

178 Μορφές αστοχίας Δοκίμιο ελέγχου (A_Control) Τα πρώτα αποτελέσματα που παρουσιάζονται είναι για το δοκίμιο ελέγχου, το οποίο δεν έχει υποβληθεί σε καμία επέμβαση, επομένως χαρακτηρίζει τη συμπεριφορά της άοπλης τοιχοποιίας. Στο δοκίμιο αυτό παρατηρήθηκε καμπτική αστοχία του τοίχου καθώς υπήρχε διάνοιξη εφελκυστικής οριζόντιας ρωγμής κατά το μήκος οριζόντιου αρμού, λίγο πάνω από τη στάθμη πάκτωσης. To πάνω μέρος του δοκιμίου παρουσίασε λικνισμό (rocking) επί της οριζόντιας αυτής ρωγμής, χωρίς να επέρχεται διατμητική ρωγμή ή διατμητική ολίσθηση. Αυτό συνεχίστηκε μέχρι τον ενδέκατο κύκλο φόρτισης όπου παρατηρήθηκε μικρή διατμητική ρωγμή στην κάτω δεξιά γωνία του δοκιμίου λόγω συγκέντρωσης τάσεων στην περιοχή αυτή, ενώ στον δωδέκατο κύκλο φόρτισης, κατά την μέγιστη αρνητική μετατόπιση, επήλθε θλιπτική αστοχία τοιχοσώματος στην κάτω αριστερή γωνία. Σχήμα 5.1 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_Control Όπως φαίνεται και στο διάγραμμα δύναμης μετατόπισης κορυφής του δοκιμίου, η μέγιστη δύναμη που παραλαμβάνεται από το δοκίμιο είναι 19.9 kn στην θετική φορά

179 ώθησης και 17.3 kn στην αρνητική φορά ώθησης. Άρα η αντοχή του δοκιμίου καθορίζεται από την τιμή της οριζόντιας δύναμης ίση με 17.3 kn. Η θλιπτική αστοχία του τούβλου επέρχεται σε μετακίνηση 11 mm (στην αρνητική φορά της μετακίνησης) κατά τη διάρκεια του 12 ου κύκλου φόρτισης και σε οριζόντια δύναμη 17.2 kn. Καθότι ο λικνισμός δεν είναι μορφή αστοχίας που σημειώνεται σε συγκεκριμένη χρονική στιγμή, δεν μπορεί να ορισθεί παραμόρφωση αστοχίας για αυτό το δοκίμιο. Στις φωτογραφίες που ακολουθούν, απεικονίζεται η αστοχία του δοκιμίου: Εικόνα 5.2 Διάνοιξη οριζόντιας εφελκυστικής ρωγμής στον οριζόντιο αρμό της τοιχοποιίας πάνω από τη στάθμη πάκτωσης (μέγιστη καταγραφή κατακόρυφου αισθητήρα: 6.9 mm) (α) (β) Εικόνα 5.3 (α) κάτω αριστερή γωνία δοκιμιου θλιπτική αστοχία τούβλου (β) κάτω δεξιά γωνία δοκιμίου διατμητική ρωγμή λόγω συγκέντρωσης τάσεων

180 Δοκίμιο A_i1M1i Στο δοκίμιο αυτό παρατηρήθηκε καμπτική συμπεριφορά και η αστοχία επήλθε από θραύση των ινών του πλέγματος. Στον 8 ο κύκλο φόρτισης, κατά τη θετική ώθηση του εμβόλου, σημειώνεται η πρώτη θραύση ινών του TRM στην κάτω αριστερή γωνία του δοκιμίου, λίγο πάνω από τη στάθμη πάκτωσης. Εκεί παρατηρήθηκε διάνοιξη οριζόντιας καμπτικής ρωγμής επί οριζόντιου αρμού της τοιχοποιίας. Ακολούθησε διαδοχική θραύση ινών στους επόμενους κύκλους φόρτισης, σε θετικές και αρνητικές μετατοπίσεις με διαρκώς αυξανόμενο εύρος ρωγμής και συνεχή πτώση της μέγιστης οριζόντιας δύναμης. Το μέγιστο φορτίο που παραλαμβάνεται είναι 31.5 kn κατά τη θετική φορά ώθησης (στον 5 ο κύκλο φόρτισης) και 30.5 kn κατά την αρνητική φορά ώθησης (στον 8 ο κύκλο φόρτισης). Άρα το φορτίο αντοχής είναι ίσο με 30.5 kn. Η πτώση της αντοχής λόγω της διαδοχικής θραύσης ινών, είναι ομαλή, επομένως ως αστοχία ορίζεται, συμβατικά, το σημείο όπου η αντοχή έχει σημειώσει μείωση ίση με το 20% της μέγιστης τιμής. Άρα το φορτίο αστοχίας είναι ίσο με 24.4 kn, το οποίο σημειώνεται στον 11 ο κύκλο φόρτισης (μετατόπιση αστοχίας ίση με 10.8 mm) κατά την αρνητική φορά ώθησης. Μετά τον 14 ο κύκλο φόρτισης η πτώση της οριζόντιας δύναμης σταμάτησε (περίπου στα 21 kn). Η παραμένουσα οριζόντια δύναμη των 21 kn αντιστοιχεί στη ροπή αντοχής του δοκιμίου που προσδίδεται μόνο στην ύπαρξη του κατακόρυφου φορτίου (αξονική δύναμη και ίδιο βάρος) και είναι περίπου ίδια με την μέγιστη δύναμη του δοκιμίου A_Control (άοπλη τοιχοποιία). Από το διάγραμμα δύναμης μετατόπισης, παρατηρείται ότι ο οριζόντιος κλάδος της περιβάλλουσας, μετά την αστοχία, σημαίνει πως το δοκίμιο δεν καταρρέει αν και έχει αστοχήσει. Στην πραγματικότητα είναι η επιρροή του φαινομένου του λικνισμού επί της οριζόντιας ρωγμής που έχει ανοίξει στη βάση, που ακριβώς επειδή δεν οδηγεί σε άμεση κατάρρευση του δοκιμίου, είναι και επιθυμητή μορφή αστοχίας. Επιπλέον παρατηρείται στένωση των κύκλων φόρτισης κοντά στην αρχή των αξόνων (φαινόμενο pinching) που σημαίνει ότι δεν γίνεται μεγάλη απορρόφηση ενέργειας κατά την ανακύκλιση.

181 Σχήμα 5.2 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_i1M1i Στις φωτογραφίες που ακολουθούν διακρίνεται ο τρόπος αστοχίας που περιεγράφηκε παραπάνω. Εικόνα 5.4 Οριζόντια εφελκυστική ρωγμή στη στάθμη πάκτωσης του δοκιμίου A_i1M1i (αποκόλληση οριζόντιου αρμού τοιχοποιίας και θραύση ινών του TRM) Εικόνα 5.5 Διατομή οριζόντιας ρηγμάτωσης μετά την αφαίρεση του δοκιμίου από τη μηχανή (παρατηρείται θλιπτική αστοχία τοιχοσώματος στην δεξιά πλευρά)

182 Δοκίμιο A_1iMi1 Στο δοκίμιο αυτό παρατηρήθηκε καμπτικής μορφής αστοχία, που προήλθε από θραύση ινών λόγω εφελκυστικής ρωγμής στο μανδύα TRM. Η θραύση των ινών ξεκίνησε στον ενδέκατο κύκλο φόρτισης, κατά την αρνητική φορά ώθησης του δοκιμίου (έλξη του εμβόλου), στην κάτω αριστερή γωνία του δοκιμίου, σε μετατόπιση 11 mm ενώ η οριζόντια δύναμη στην κορυφή του δοκιμίου ήταν ίση με 40.1 kν, που είναι και η μέγιστη δύναμη που παρέλαβε το δοκίμιο. Στη θετική φορά ώθησης ωστόσο, η μέγιστη δύναμη που παραλήφθηκε ήταν μικρότερη, ίση με 34.7 kn, άρα αυτή είναι η δύναμη που καθορίζει την καμπτική αντοχή του δοκιμίου. Ακολούθησε διαδοχική θραύση περισσότερων ινών στις κάτω γωνίες του δοκιμίου, σε κάθε επόμενο κύκλο φόρτισης, μέχρις ότου η διάνοιξη της οριζόντιας ρωγμής στη βάση ήταν αρκετά μεγάλη ώστε το δοκίμιο ξεκίνησε να υποβάλλεται σε λικνισμό επί αυτής. Καθότι η πτώση της αντοχής ήταν ομαλή, λαμβάνεται ως συμβατική αστοχία του δοκιμίου, το σημείο όπου παρατηρείται πτώση της αντοχής κατά 20% της μέγιστης. Επομένως εδώ το φορτίο αστοχίας είναι ίσο με 27.8 kn και σημειώνεται σε μετατόπιση 14.4 mm. Σχήμα 5.3 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_1iMi1

183 Όπως και στο δοκίμιο A_i1M1i, έτσι κι εδώ, ενώ κατά τη διαδοχική θραύση ινών παρατηρείται πτώση της μέγιστης δύναμης (άρα και της ροπής αντοχής στη διατομή της βάσης), από ένα σημείο και έπειτα η δύναμη παραμένει περίπου σταθερή. Αυτή η σταθερή τιμή αντιστοιχεί στη ροπή αντοχής που προσδίδεται κυρίως στην ύπαρξη του αξονικού (θλιπτικού) φορτίου και είναι περίπου ίση με 22 kn. Ακολουθούν οι φωτογραφίες όπου απεικονίζεται η αστοχία του δοκιμίου. (α) (β) Εικόνα 5.6 Θραύση ινών λόγω εφελκυσμού (α) κάτω αριστερή γωνία δοκιμιου (β) κάτω δεξιά γωνία δοκιμίου Εικόνα 5.7 Διατομή οριζόντιας ρηγμάτωσης μετά την αφαίρεση του δοκιμίου από τη μηχανή (διακρίνεται ο αρμός της τοιχοποιίας στον οποίο έγινε η αποκόλληση και η εξόλκευση των ινών από την επικάλυψή τους πριν τη θραύση τους) Δοκίμιο A_M2ii Η συμπεριφορά του δοκιμίου ήταν καμπτική και η αστοχία ξεκίνησε από θραύση της τοιχοποιίας στη θλιβόμενη ζώνη (κάτω αριστερή γωνία του δοκιμίου) κατά την αρνητική

184 φορά ώθησης (έλξη του εμβόλου) στον 10 ο κύκλο φόρτισης. Τη στιγμή της αστοχίας η οριζόντια δύναμη ισούνταν με 31.7 kn και η μετατόπιση ήταν ίση με 9.5 mm. Το μέγιστο φορτίο που παραλήφθηκε από το δοκίμιο ήταν 39.4 kn στη θετική διεύθυνση και 33.1 kn στην αρνητική διεύθυνση. Επομένως η ροπή αντοχής θα προσδιορισθεί από την οριζόντια δύναμη των 33.1 kn. Αξίζει να σημειωθεί ότι θλιπτική αστοχία επήλθε και στις δύο διευθύνσεις ώθησης, ενώ το μήκος της θλιβόμενης ζώνης που αστόχησε ήταν πολύ μικρό (ένα τοιχόσωμα σε κάθε περίπτωση) που σημαίνει ότι κρίσιμη τιμή για την αντοχή σε θλίψη είναι η αντοχή του τοιχοσώματος και όχι της τοιχοποιίας. Είχε προηγηθεί ορατή ρηγμάτωση στην επιφάνεια του μανδύα TRM που πιθανότατα συνδέεται με εξόλκευση ινών του πλέγματος (τηλεσκοπική αστοχία κλώνων). Ωστόσο, θραύση ινών επήλθε μετά από την θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας. Αξιοσημείωτο είναι ότι μετά την θραύση της τοιχοποιίας, η μέγιστη οριζόντια δύναμη δεν μειώθηκε κατά τη θετική ώθηση στον επόμενο κύκλο (αλλά ούτε και αυξήθηκε), μειώθηκε όμως απότομα κατά την επόμενη αρνητική ώθηση στον 12 ο κύκλο. Επίσης, στον επόμενο (12 ο ) κύκλο φόρτισης παρατηρήθηκε σημαντική απόκλιση της καμπύλης από την αρχή των αξόνων κατά τη στιγμή που το δοκίμιο διέρχεται από την αρχική θέση ισορροπίας, δηλαδή εκεί σημειώθηκε η «πλάτυνση» των κύκλων φόρτισης. Σχήμα 5.4 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_Μ2ii

185 (α) (β) Εικόνα 5.8 Θλιπτική αστοχία τοιχοποιίας (α) κάτω αριστερή γωνία δοκιμιου (β) κάτω δεξιά γωνία δοκιμίου Εικόνα 5.9 Θραύση ινών λόγω εφελκυσμού (επήλθε μετά την θλιπτική θραύση τοιχοποιίας) Δοκίμιο A_Mii2 Στο δοκίμιο αυτό η αστοχία ήταν λόγω κάμψης και επήλθε στον 11 ο κύκλο φόρτισης με θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας κατά την αρνητική φορά ώθησης (έλξη του εμβόλου). Σε αυτή την περίπτωση η θλιβόμενη ζώνη ήταν η κάτω αριστερή γωνία του δοκιμίου, ενώ το μήκος της ζώνης εντός του οποίου ξεπεράστηκε η θλιπτική αντοχή ήταν της τάξεως του ενός τοιχοσώματος. Παρουσιάστηκε λοιπόν, θλιπτική αστοχία ενός μόνο τούβλου. Η μετατόπιση της κορυφής εκείνη τη στιγμή ήταν 10.8 mm ενώ η οριζόντια δύναμη ισούνταν με 35.6 kn που είναι και η δύναμη βάση της οποίας θα προσδιορισθεί η καμπτική αντοχή του δοκιμίου.

186 Είχε προηγηθεί, στη θετική φορά ώθησης, ορατή ρηγμάτωση στην επιφάνεια του μανδύα TRM που πιθανότατα συνδέεται με εξόλκευση ινών του πλέγματος (τηλεσκοπική αστοχία κλώνων). Ωστόσο, θραύση ινών επήλθε μετά από την θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας. Αξιοσημείωτο είναι ότι μετά την θραύση της τοιχοποιίας, η μέγιστη οριζόντια δύναμη δεν μειώθηκε κατά τη θετική ώθηση στον επόμενο κύκλο (αλλά ούτε και αυξήθηκε), μειώθηκε όμως απότομα κατά την επόμενη αρνητική ώθηση στον 12 ο κύκλο. Επίσης, στον επόμενο (12 ο ) κύκλο φόρτισης παρατηρήθηκε σημαντική απόκλιση της καμπύλης από την αρχή των αξόνων κατά τη στιγμή που το δοκίμιο διέρχεται από την αρχική θέση ισορροπίας, δηλαδή εκεί σημειώθηκε η έναρξη της «πλάτυνσης» των κύκλων φόρτισης. Επιπλέον, από τον 13 ο έως και τον 17 ο κύκλο φόρτισης στην αρνητική φορά ώθησης, παρατηρείται μικρή αύξηση στην οριζόντια δύναμη που παραλαμβάνεται, μέχρι τη θραύση και των ινών του πλέγματος (16 ος και 17 ος κύκλος και στις δύο περιπτώσεις ώθησης). Τέλος, αναφέρεται ότι στους δύο τελευταίους κύκλους φόρτισης παρατηρήθηκε και διατμητική ρηγμάτωση στην τοιχοποιία. Σχήμα 5.5 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στην κορυφή του δοκιμίου Α_Μii2

187 Εικόνα 5.10 Αστοχία τοιχοποιίας σε θλίψη (οι διατμητικές ρωγμές επήλθαν μετά τη θλιπτική αστοχία των τοιχοσωμάτων και μετά την εφελκυστική θραύση των ινών) Εικόνα 5.11 Θραύση ινών που επήλθε μετά την θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας

188 Αξιολόγηση δοκιμίων Για καλύτερη σύγκριση και αξιολόγηση των δοκιμίων παρατίθενται συγκεντρωμένα τα διαγράμματα δύναμης μετατόπισης που καταγράφηκαν κατά τις δοκιμές και ακολουθεί ο σχολιασμός και η περαιτέρω επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών. Σχήμα 5.6 Συγκεντρωτικά διαγράμματα δύναμης - μετατόπισης δοκιμίων ομάδας Α

189 Καταρχάς παρατηρείται ότι σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια υπάρχει σημαντική αύξηση στη μέγιστη δύναμη σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (Control). Το μέγεθος των αυξήσεων αυτών θα βρεθεί και θα σχολιασθεί παρακάτω. Αξιοσημείωτα είναι τα εξής: Παρατηρήσεις: Όλα τα δοκίμια παρουσιάζουν καμπτική συμπεριφορά καθώς η αστοχία επέρχεται λόγω εφελκυστικής αστοχίας ινών ή σύνθλιψης τοιχοποιίας και δεν ακολουθείται από ψαθυρή κατάρρευση αλλά ομαλή πτώση της αντοχής στους επόμενους κύκλους φόρτισης. Επομένως η μορφή αστοχίας που επιτυγχάνεται είναι η επιθυμητή, ενώ συνδυάζεται με αύξηση της αντοχής και της πλαστιμότητας. Η επιρροή του αξονικού φορτίου είναι σημαντική καθώς προσδίδει αύξηση της καμπτικής αντοχής της τοιχοποιίας και αυτό φαίνεται στην παραμένουσα αντοχή που παρατηρείται μετά την αστοχία. Αυτό είναι εμφανές και στα διαγράμματα με τις παριβάλλουσες των κύκλων φόρτισης (βλ. παρακάτω εικόνα). Στα δοκίμια με αμφίπλευρο μανδύα προηγείται η εφελκυστική αστοχία των ινών ενώ στα δοκίμια με μονόπλευρο μανδύα προηγείται η θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας. Διαπιστώνεται δηλαδή ότι στην περίπτωση που η μια πλευρά της τοιχοποιίας είναι εκτεθειμένη, αστοχεί πρώτα αυτή. Επιπλέον, επειδή η αστοχία της τοιχοποιίας σε θλίψη είναι πιο ψαθυρή από ότι η θραύση των ινών που συμβαίνει διαδοχικά, παρατηρείται μεγαλύτερη πτώση της αντοχής μετά από σύνθλιψη τοιχοποιίας. Ωστόσο και πάλι η πτώση αυτή δεν είναι σημαντικά μεγάλη καθότι εξακολουθεί να λειτουργεί ο μανδύας ενίσχυσης στην άλλη πλευρά του δοκιμίου. Σε συνέχεια της παραπάνω παρατήρησης, αναφέρεται ότι στην περίπτωση της μονόπλευρης ενίσχυσης όπου συμβαίνει πρώτα αστοχία της τοιχοποιίας, επειδή η βλάβη αυτή είναι εκτενέστερη από τη θραύση λίγων ινών, αναμένεται μεγαλύτερη μεταβολή της δυσκαμψίας του δοκιμίου, ενώ με την εκδήλωση της βλάβης αυτής καταναλώνεται περισσότερη ενέργεια από το δοκίμιο. Σαν αποτέλεσμα διαπιστώνεται έντονη «πλάτυνση» των βρόγχων δύναμης μετατόπισης. Εν αντιθέσει, στα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση όπου προηγείται η αστοχία ινών, η οποία αστοχία εκδηλώνεται αργά και διαδοχικά (μικρό ποσοστό ινών κάθε φορά), καταγράφονται στενοί βρόγχοι υστέρησης καθ όλη τη διάρκεια της δοκιμής, δηλαδή και μετά την αστοχία.

190 Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνονται οι περιβάλλουσες των βρόγχων υστέρησης για όλα τα δοκίμια της ομάδας Α. Είναι φανερή η διαφορά των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς, ως προς την μέγιστη δύναμη και την μετατόπιση που επιτυγχάνεται κατά την αστοχία. Σχήμα 5.7 Συγκριτικό διάγραμμα περιβάλλουσων καμπυλών των δοκιμίων της ομάδας Α (οι έντονες κουκκίδες σηματοδοτούν την αστοχία του δοκιμίου) Είναι, επίσης, εμφανές ότι οι αντοχή των ενισχυμένων δοκιμίων μετά την αστοχία συγκλίνουν περίπου στην τιμή των 20 kn όσον αφορά την οριζόντια δύναμη, στην οποία τιμή φθάνει και το δοκίμιο άοπλης τοιχοποιίας. Πρόκειται για την αντοχή που προσδίδεται στον τοίχο λόγω του αξονικού φορτίου που λειτουργεί ευεργετικά, με μοναδική εξαίρεση το δοκίμιο Α_M2ii όπου υπήρξε θλιπτική αστοχία τοιχοποιίας και στις δύο γωνίες στη βάση του, επομένως οι εκτενείς αυτές βλάβες οδήγησαν σε περαιτέρω πτώση της αντοχής. Στον ακόλουθο πίνακα καταγράφονται οι τιμές της οριζόντιας δύναμης στην κορυφή του δοκιμίου και η αντίστοιχη μετατόπιση, κατά την αστοχία που περιεγράφηκε στις προηγούμενες παραγράφους.

191 Η οριζόντια δύναμη μετατρέπεται σε αντίστοιχη ροπή στη βάση πολλαπλασιάζοντας τη δύναμη με το καθαρό ύψος των δοκιμίων (1.18 m). Η οριζόντια μετατόπιση μετατρέπεται σε ανηγμένη μετατόπιση ως προς το ύψος του δοκιμίου, δηλαδή διαιρείται με το καθαρό ύψος (1.18 m). Υπολογίζονται οι ποσοστιαίες αυξήσεις της ροπής στη βάση και της ανηγμένης μετατόπισης, των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς. Πίνακας 5.1 Σύγκριση ροπής αντοχής των δοκιμίων ομάδας Α ΔΟΚΙΜΙΟ Μέγιστο φορτίο ΡΟΠΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ροπή αντοχής στη βάση αύξηση σε σχέση με το Control ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Α ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ μετατόπιση μετατόπιση /ύψος (kn) (knm) (%) (mm) (%) A_Control (δεν ορίστηκε) - ΜΟΡΦΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ αποκόλληση οριζόντιου αρμού και λικνισμός επί αυτού A_i1M1i % % θραύση ινών A_1iMi % % θραύση ινών A_M2ii % % θραύση τοιχοποιίας A_Mii % % θραύση τοιχοποιίας Για εποπτικότερη παρουσίαση των αποτελεσμάτων, δίνονται ραβδογράμματα με τις ροπές και τις μετακινήσεις αστοχίας των δοκιμίων καθώς και με τις ποσοστιαίες αυξήσεις αυτών σε σχέση με το δοκίμιο άοπλης τοιχοποιίας (Control). 45 Ροπή αντοχής στη βάση (knm) Ανηγμένη μετατόπιση κορυφής ,40% 1,20% 1,00% 0,80% 0,60% 0,40% 0,20% 0 A_Control A_i1M1i A_1iMi1 A_M2ii A_Mii2 0,00% A_i1M1i A_1iMi1 A_M2ii A_Mii2 Σχήμα 5.8 Ροπή αντοχής ανηγμένη μετατόπιση κορυφής κάθε δοκιμίου, για τα δοκίμια ομάδας Α

192 Αύξηση ροπής αντοχής σε σχέση με το A_Control 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% A_i1M1i A_1iMi1 A_M2ii A_Mii2 Σχήμα 5.9 Ποσοστιαία αύξηση ροπής αντοχής κάθε δοκιμίου, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (άοπλη τοιχοποιία), για τα δοκίμια ομάδας Α Αυτό που παρατηρείται από τα παραπάνω ραβδογράμματα είναι ότι οι αυξήσεις, τόσο στην αντοχή, όσο και στην μετατόπιση κορυφής, είναι μεγαλύτερες στα δοκίμια που έχουν τη στρώση του TRM στην εξωτερική πλευρά (δοκίμια A_1iMi1 και A_Mii2), ανεξαρτήτως αν η στρώση της ενίσχυσης εφαρμόζεται μονόπλευρα ή αμφίπλευρα στο δοκίμιο. Αυτό εξηγείται βάσει του ότι σε αυτή την περίπτωση, όπου δηλαδή μεταξύ της τοιχοποιίας και του TRM παρεμβάλλεται η πλάκα του θερμομονωτικού υλικού, οι παραμορφώσεις της τοιχοποιίας, μεταφέρονται μέσω της θερμομονωτικής πλάκας στο TRM. Ωστόσο, η διογκωμένη πολυστερίνη χαρακτηρίζεται από πολύ μεγαλύτερη παραμορφωσιμότητα σε σχέση με την τοιχοποιία και με το TRM, με συνέπεια να παραλαμβάνει μεγάλο μέρος των παραμορφώσεων, οι οποίες τελικά μεταφέρονται απομειωμένες στο TRM. Αντιθέτως, στην περίπτωση των δοκιμίων όπου το TRM είναι σε άμεση επαφή με την τοιχοποιία, οι παραμορφώσεις (και οι όποιες βλάβες) της τοιχοποιίες καλούνται να παραληφθούν αμέσως από το TRM και κατά συνέπεια ο μανδύας ενίσχυσης ενεργοποιείται ταχύτερα (και κατά συνέπεια αστοχεί ταχύτερα). Υπολογίζοντας το μέσο όρο της αύξησης στη ροπή όσο για τα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση και για τα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση, καταλήγουμε στις τιμές του πίνακα 5.2 (παρατίθενται πινακοποιημένοι οι μέσοι όροι). Το ίδιο γίνεται και για τα δοκίμια με τον μανδύα TRM εσωτερικά της επέμβασης (σε επαφή με την τοιχοποιία) και με το TRM εξωτερικά στο δοκίμιο. Οι μέσοι όροι αυτών των περιπτώσεων παρατίθενται στον ίδιο πίνακα. Όσον αφορά την μετατόπιση αστοχίας, καθότι δεν ορίστηκε μετατόπιση αστοχίας για το δοκίμιο A_Control, υπολογίζεται ο μέσος όρος της ανηγμένης μετατόπισης για τα δοκίμια με μονόπλευρη και αμφίπλευρη ενίσχυση ξεχωριστά, ενώ το ίδιο γίνεται και για

193 τα δοκίμια με το TRM εσωτερικά και το TRM εξωτερικά. Οι τιμές που λαμβάνονται καταγράφονται, επίσης, στον πίνακα 5.2. Πίνακας 5.2 Μέσοι όροι αύξησης αντοχής και ανηγμένης μετατόπισης, για τις διάφορες διατάξεις του μανδύα ενίσχυσης, για τα δοκίμια ομάδας Α ΑΥΞΗΣΗ ΡΟΠΗΣ ΣΕ ΣΧΕΣΗ ΜΕ ΤΟ A_Control ΑΝΗΓΜΕΝΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΑΥΞΗΣΗ Μονόπλευρη ενίσχυση (A_Mii2 και A_M2ii) 76.2% 0.9% Αμφίπλευρη ενίσχυση (A_i1M1i και A_1iMi1) 84.3% 1.1% 24% αύξηση σε σχέση με τη μονόπλευρη TRM εσωτερικά (A_i1M1i και Α_Μ2ii) TRM εξωτερικά (A_1iMi1 και Α_Μii2) 62.3% 0.9% 98.2% 1.1% 24% αύξηση σε σχέση με τη διάταξη του TRM εσωτερικά Στο ακόλουθο σχήμα (Σχ. 5.10) γίνεται σύγκριση της δυσκαμψίας των δοκιμίων σε κάθε κύκλο φόρτισης, η οποία υπολογίζεται βάσει της σχέσης που δίνεται στην άνω δεξιά γωνία του σχήματος. Παρατηρείται η αύξηση της δυσκαμψίας σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια, σε σχέση με την άοπλη τοιχοποιία (A_Control), ενώ δεν παρατηρούνται σημαντικές διαφορές μεταξύ των δοκιμίων καθώς περιλαμβάνουν όλα περίπου την ίδια ποσότητα κονιάματος μήτρας του TRM στο οποίο οφείλεται κατά κύριο λόγο η αυξημένη δυσκαμψία. Πάντως, στους πρώτους κύκλους φόρτισης παρατηρείται λίγο μεγαλύτερη δυσκαμψία στα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση όπου η ποσότητα του κονιάματος ήταν λίγο μεγαλύτερη, και ιδίως στο δοκίμιο A_1iMi1 όπου χρησιμοποιήθηκε η μεγαλύτερη ποσότητα κονιάματος. Ο υπολογιμός της δυσκαμψίας γίνεται μέχρι και τον κύκλο όπου αστόχησε το κάθε δοκίμιο. Παρατηρώντας την ποσοστιαία αύξηση της δυσκαμψίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (βλ. επόμενο σχήμα 5.11), εξάγεται ότι: Η μέγιστη αύξηση της αρχικής δυσκαμψίας, γίνεται στο δοκίμιο Α_1iMi1 Η μικρότερη αύξηση της αρχικής δυσκαμψίας γίνεται στο δοκίμιο A_Mii2 όπου μεταξύ της τοιχοποιίας και του μανδύα TRM παρεμβάλλεται στρώση εύκαμπτης

194 διογκωμένης πολυστερίνης πάχους 4 cm ενώ στο δοκίμιο περιλαμβάνεται μόνο μια στρώση κονιάματος ενίσχυσης (πάχους περίπου 8 mm). Σε μεγάλες μετακινήσεις (όσο αυξάνεται ο κύκλος φόρτισης) υπάρχει αυξητική τάση και στη δυσκαμψία των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με την άοπλη τοιχοποιία. Η διασπορά των τιμών είναι μεγάλη και δεν μπορεί να εξαχθεί ασφαλές αριθμητικό συμπέρασμα. Σχήμα 5.10 Συγκριτικό διάγραμμα δυσκαμψίας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Α Σχήμα 5.11 Συγκριτική αύξηση δυσκαμψίας δοκιμίων ομάδας Α, σε σχέση με το δοκίμιο Α_Control (άοπλη τοιχοποιία)

195 Γίνεται, ακόμη, σύγκριση των δοκιμίων ως προς την απορροφούμενη ενέργεια ανά κύκλο φόρτισης, η οποία υπολογίζεται από το εμβαδόν που περικλείεται σε κάθε κύκλο. Ο υπολογιμός γίνεται μέχρι και τον κύκλο όπου αστόχησε το κάθε δοκίμιο. Σχήμα 5.12 Συγκριτικό διάγραμμα απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Α Σχήμα 5.13 Συγκριτικό διάγραμμα αθροιστικής απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Α Από τα δύο παραπάνω ραβδογράμματα, είναι εμφανές ότι έως τους πρώτους 8 κύκλους φόρτισης όπου εκδηλώνονται οι πρώτες βλάβες, μεγαλύτερη απορρόφηση

196 ενέργειας γίνεται στο δοκίμιο Α_i1M1i. Αντιθέτως, στους τελευταίους κύκλους φόρτισης μέχρι την αστοχία, μεγαλύτερη απορρόφηση ενέργειας γίνεται στα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση, όπου υπενθυμίζεται ότι κατά την αστοχία έγινε σύνθλιψη τοιχοποιίας ενώ οι ίνες του TRM άρχισαν να αστοχούν εκ των υστέρων. Επομένως οι βλάβες ήταν εκτενέστερες στα δοκίμια αυτά ενώ η πτώση της αντοχής και η πλάτυνση των βρόγχων υστέρησης ήταν πιο απότομη, σε σχέση με τα δοκίμια που ενισχύονται αμφίπλευρα. Αναμενόμενο ήταν, λοιπόν, να αναλίσκεται περισσότερη ενέργεια στα δοκίμια A_Mii2 και Α_Μ2ii καθώς εκδηλώνονται εκτενέστερες βλάβες και οι πλατύτεροι κύκλοι υστέρησης εσωκλείουν μεγαλύτερο εμβαδόν ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Β Γενικά Υπενθυμίζεται ότι τα δοκίμια ομάδας Β αφορούν δοκίμια τύπου πεσσού και οι διαστάσεις τους είναι περίπου 0.40m x 1m (πλάτος x ύψος). Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων τοποθετούνται στραμμένα κατά 90 o (σε οριζόντια θέση). Το καθαρό ύψος και πλάτος των δοκιμίων, όπως μετρήθηκαν μετά την τοποθέτησή τους εντός της πειραματικής διάταξης, είναι 400 mm ύψος και 1150 mm μήκος. Στηρίζονται με αρθρώσεις στα άκρα και ασκείται κατακόρυφη δύναμη στο μέσον του ανοίγματος (δοκιμή κάμψης τριών σημείων). Καταγράφεται η κατακόρυφη μετακίνηση της μεσαίας διατομής από τον αισθητήρα του εμβόλου και συγκρίνεται με την μετατόπιση που καταγράφεται από αισθητήρα τύπου LVDT που τοποθετήθηκε στη μεσαία διατομή. Οι μετρήσεις συμπίπτουν και τελικά χρησιμοποιείται η καταγραφή του αισθητήρα του εμβόλου. Κατά την ανακύκλιση της φόρτισης, θετική θεωρείται η κατεύθυνση κατά την οποία το έμβολο μετατοπίζεται προς τα κάτω (ώθηση του εμβόλου θετικό βέλος κάμψης), ενώ αρνητική αυτή κατά την οποία το έμβολο κατευθύνεται προς τα πάνω (έλξη του εμβόλου αρνητικό βέλος κάμψης).

197 Εικόνα 5.12 Γενικά στοιχεία πειραματικής διάταξης δοκιμίων Β Επιπλέον, αξίζει να σημειωθούν οι εξής παρατηρήσεις πριν την περιγραφή της συμπεριφοράς του εκάστοτε δοκιμίου: Σε όλα τα δοκίμια υπήρξαν αποκολλήσεις αρμών της τοιχοποιίας, λόγω εφελκυσμού, ήδη από τον 2 ο ή 3 ο κύκλο φόρτισης, δηλαδή σε πολύ μικρές μετατοπίσεις. Οι αποκολλήσεις αυτές είναι αμελητέες καθώς η συνεισφορά της τοιχοποιίας στην παραλαβή εφελκυστικών τάσεων είναι γνωστό πως είναι μηδαμινή και δεν λαμβάνεται υπόψη. Εξάλλου αυτή η ρηγμάτωση δεν επηρεάζει τη συμπεριφορά της στην παραλαβή θλιπτικών τάσεων αφού με την εναλλαγή της φοράς φόρτισης, οι ρηγματώσεις αυτές «κλείνουν» και η μεταφορά τάσεων γίνεται κανονικά. Εξάλλου φαίνεται και από τα διαγράμματα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του τοίχου, ότι δεν υπάρχει κάποια αλλαγή στην κλίση της καμπύλης (άρα μηδαμινή επιρροή της δυσκαμψίας) ούτε και στην παραλαβή της κατακόρυφης δύναμης στο μέσον (μηδαμινή επιρροή στη ροπή αντοχής στη μεσαία, κρίσιμη, διατομή). Στους τελευταίους κύκλους φόρτισης των δοκιμίων παρατηρούνται κάποιες μικρές και σύντομες αυξομειώσεις («οδοντώσεις») της καμπύλης στο διάγραμμα. Αυτό οφείλεται στην ανακατανομή του αξονικού φορτίου. Στους κύκλους αυτούς, η κατακόρυφη μετατόπιση είναι αρκετά μεγάλη και λόγω της στροφής του δοκιμίου, σημαντική είναι και η οριζόντια μετατόπιση των στηρίξεων. Αυτό επηρεάζει την τάση του εμβόλου που έχει τοποθετηθεί στο αριστερό για την προσομοίωση του θλιπτικού φορτίου. Η τάση αυτή έχει ρυθμιστεί να είναι σταθερή (ίση με το 10% της θλιπτικής αντοχής της

198 τοιχοποιίας) αλλά λόγω των μετακινήσεων η θέση του εμβόλου άρα και η ασκούμενη δύναμη επηρεάζονται. Οι «οδοντώσεις» αυτές λοιπόν οφείλονται στις διαδοχικές διορθώσεις του controllerτου οριζόντιου εμβόλου που αποσκοπούν στη διατήρηση της σταθερής τιμής του κατακόρυφου φορτίου. «Αστοχία» θεωρείται η θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας ή η εφελκυστική αστοχία του TRM (αποκόλληση του μανδύα ή θραύση ινών). Αν τίποτε από αυτά δεν προκαλέσει απότομη πτώση της κατακόρυφης δύναμης, τότε αστοχία θεωρείται η πτώση της μέγιστης δύναμης κατά 20%. Η μερική αποκόλληση των ινών από την μήτρα (τηλεσκοπική αστοχία) δεν θεωρείται αστοχία του δοκιμίου διότι η αντοχή του δεν έχει εξαντληθεί και διότι δεν μπορεί να εντοπιστεί με καλή αξιοπιστία (παρόλο που σε πραγματικές συνθήκες η επέμβαση δεν σχεδιάζεται για παραμορφώσεις όπου συμβαίνουν αποκολλήσεις των ινών ή ολόκληρου του μανδύα) Μορφές αστοχίας Δοκίμιο ελέγχου (Β_Control) Στο δοκίμιο αυτό παρατηρήθηκε καμπτοδιατμητική ρωγμή κοντά στο μέσον, στον έβδομο κύκλο φόρτισης, κατά τη θετική φορά φόρτισης (ώθηση του εμβόλου προς τα κάτω). Η τοιχοποιία είχε ήδη ρηγματωθεί ελαφρώς αλλά κατά τη διάρκεια του 7 ου κύκλου φόρτισης η ρηγμάτωση έγινε έντονη καθώς υπήρξε πλήρης αποκόλληση αρμού, σε μεγάλο μήκος, ενώ μέρος της ρωγμής διέρχεται λοξά μέσω τοιχοσώματος. Η κατακόρυφη δύναμη στο σημείο που συνέβη η αστοχία ήταν ίση με 17.9 kn ενώ η κατακόρυφη μετατόπιση ισούνταν με 5.5 mm. Στον επόμενο κύκλο φόρτισης υπήρξε και θλιπτική αστοχία τοιχοσωμάτων με αποτέλεσμα την ολοκληρωτική αστοχία του δοκιμίου (μη ικανό πλέον να παραλάβει φορτίο). Παρόλο που η αστοχία στον 7 ο κύκλο φόρτισης ήταν έντονη (διάνοιξη μεγάλης ρωγμής), το δοκίμιο στάθηκε ικανό να εκπληρώσει έναν ακόμα κύκλο φόρτισης, πράγμα που οφείλεται στην θετική επιρροή του αξονικού φορτίου για την τοιχοποιία καθώς του προσφέρει μερική συγκράτηση λειτουργώντας ως προένταση. Η μέγιστη δύναμη που παρέλαβε το δοκίμιο και προσδιορίζει την καμπτική αντοχή του ήταν ίση με 20.3 kn.

199 Σχήμα 5.14 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_Control (α) (β) Εικόνα 5.13 (α) καμπτοδιατμητική ρωγμή κοντά στο μέσον του δοκιμίου (β) θλιπτική αστοχία τοιχοσωμάτων στην πίσω όψη του δοκιμίου

200 Δοκίμιο Β_i1M1i Το δοκίμιο αυτό είχε καμπτική συμπεριφορά, καθώς η αστοχία του προήλθε από εφελκυστική ρηγμάτωση που προκάλεσε θραύση των ινών του μανδύα TRM. Η πρώτη θραύση ινών επήλθε στον 7 ο κύκλο φόρτισης, κατά την αρνητική φορά ώθησης (βέλος κάμψης προς τα πάνω), επομένως κόπηκαν πρώτα οι πάνω ακραίες ίνες της μεσαίας διατομής. Η κατακόρυφη δύναμη σε αυτό το σημείο ήταν ίση με 32.6 kn, που είναι και η μέγιστη δύναμη που παραλήφθηκε από το δοκίμιο, ενώ η βύθιση ήταν 6.9 mm. Στη συνέχεια, ακολούθησε θραύση ινών και κατά την αρνητική φορά φόρτισης (κόπηκαν οι άνω ακραίες ίνες), ενώ έγιναν θραύσεις ινών και στον επόμενο κύκλο όπου η μέγιστη δύναμη είχε σημειώσει σημαντική πτώση, επομένως η δοκιμή σταμάτησε σε αυτόν, καθώς η αστοχία ήταν ξεκάθαρη. Αξίζει να σημειωθεί ότι η παραμόρφωση κατά την αστοχία ήταν αρκετά μεγάλη ώστε η διάνοιξη της εφελκυστική ρωγμής να παρατηρηθεί και στις θερμομονωτικές πλάκες των οποίων η παραμορφωσιμότητα είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή της τοιχοποιίας και του TRM. Επιπλέον, παρατηρείται ότι δεν υπήρξε θλιπτική αστοχία τοιχοποιίας σε κανένα κύκλο φόρτισης. Σχήμα 5.15 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_i1M1i

201 (α) (β) Εικόνα 5.14 Eφελκυστική ρηγμάτωση της μεσαίας διατομής (α) στην άνω περιοχή (β) στην κάτω περιοχή Δοκίμιο Β_1iMi1 Το δοκίμιο αυτό είχε καμπτική συμπεριφορά, καθώς η αστοχία του προήλθε από εφελκυστική ρηγμάτωση που προκάλεσε θραύση των ινών του μανδύα TRM. Η πρώτη θραύση ινών επήλθε στον 10 ο κύκλο φόρτισης, κατά τη θετική φορά ώθησης (βέλος κάμψης προς τα κάτω), επομένως κόπηκαν πρώτα οι κάτω ακραίες ίνες της μεσαίας διατομής. Η κατακόρυφη δύναμη σε αυτό το σημείο ήταν ίση με 33.4 kn ενώ η βύθιση ήταν 9mm. Στη συνέχεια, ακολούθησε θραύση ινών και κατά την αρνητική φορά φόρτισης (κόπηκαν οι άνω ακραίες ίνες) ενώ έγιναν διαδοχικές θραύσεις ινών και στους επόμενους κύκλους φόρτισης, έως τον 13 ο όπου η πτώση της αντοχής ήταν πλέον πολύ μεγάλη και η δοκιμή σταμάτησε. Αξίζει να σημειωθεί ότι δεν παρατηρείται καθόλου αστοχία τοιχοσωμάτων λόγω θλίψης. Κατά την αρνητική φορά ώθησης η μέγιστη δύναμη ήταν 33.2 kn που είναι και η δύναμη που θα καθορίσει την καμπτική αντοχή του δοκιμίου. Επειδή η πτώση της αντοχής ήταν ομαλή, η αστοχία προσδιορίζεται από το σημείο όπου παρατηρείται πτώση της αντοχής κατά 20%. Επομένως η δύναμη αστοχίας είανι ίση με 26.6 kn που σημειώνονται σε μετατόπιση αστοχίας ίση με 10.1 mm. Η καμπτική συμπεριφορά του δοκιμίου φαίνεται και από την μορφή των ρηγματώσεων που σημειώνονται στις παρακάτω φωτογραφίες.

202 Σχήμα 5.16 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_1iMi1 Εικόνα 5.15 Ρηγματώσεις δοκιμίου B_1iMi1

203 (α) (β) Εικόνα 5.16 (α) ρηγματώσεις και θραύση ινών στη μεσαία διατομή του δοκιμίου (β) εφελκυστική ρηγμάτωση στην άνω περιοχή στο μέσον του δοκιμίου όπου διακρίνεται ότι η τοιχοποιία δεν αστοχεί σε θλίψη Δοκίμιο Β_M2ii Το δοκίμιο αυτό είχε καμπτική συμπεριφορά, καθώς η αστοχία του προήλθε από εφελκυστική ρηγμάτωση που προκάλεσε θραύση των ινών του μανδύα TRM. Η πρώτη θραύση ινών επήλθε στον 7 ο κύκλο φόρτισης, κατά την αρνητική φορά ώθησης (βέλος κάμψης προς τα πάνω), επομένως κόπηκαν πρώτα οι κάτω ακραίες ίνες της μεσαίας διατομής. Η κατακόρυφη δύναμη σε αυτό το σημείο ήταν ίση με 31 kn, που είναι και η δύναμη βάσει της οποίας υπολογίστηκε η καμπτική αντοχή του δοκιμίου, ενώ η βύθιση ήταν 6 mm. Στη συνέχεια, ακολούθησε θραύση ινών και κατά την θετική φορά φόρτισης (κόπηκαν οι κάτω ακραίες ίνες) ενώ έγιναν διαδοχικές θραύσεις ινών και στους επόμενους κύκλους φόρτισης, έως τον 11 ο όπου η πτώση της αντοχής ήταν πλέον πολύ μεγάλη και η δοκιμή σταμάτησε. Αξίζει να σημειωθεί ότι στον τελευταίο κύκλο φόρτισης υπήρξε και αστοχία τοιχοποιίας λόγω θλίψης. Η πτώση της αντοχής σε κάθε κύκλο φόρτισης ήταν ομαλή, επομένως η αστοχία προσδιορίζεται από το σημείο όπου υπάρχει 20% μείωση της αντοχής. Άρα το φορτίο αστοχίας ισούται με 24.8 kn και παρατηρείται σε μετατόπιση αστοχίας ίση με 7.5 mm.

204 Σχήμα 5.17 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_M2ii (α) (β) Εικόνα 5.17 Αστοχία μεσαίας διατομής (α) θραύση ινών στο πάνω μέρος (β) θλιπτική αστοχία τούβλων στην πίσω όψη

205 Δοκίμιο Β_Mii2 Η συμπεριφορά του δοκιμίου ήταν καμπτική ενώ η αστοχία του προήλθε από θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας στον 9 ο κύκλο φόρτισης κατά την θετική φορά ώθησης, επομένως προηγήθηκε θραύση των τοιχοσωμάτων στην άνω περιοχή της μεσαίας διατομής του δοκιμίου. Τη στιγμή της αστοχίας η κατακόρυφη δύναμη ισούνταν με 27.3 kn ενώ η βύθιση ήταν ίση με 7.5 mm. Αμέσως μετά τη θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας (στον ίδιο κύκλο φόρτισης) σε 8 mm (μέγιστη βύθιση του ίδιου κύκλου φόρτισης) παρατηρήθηκε αστοχία της κάτω αριστερής στήριξης, καθώς έσπασε τμήμα της γύψου επί της οποίας εδραζόταν το δοκίμιο στην άρθρωση. Ακολούθως, κατά την αρνητική φορά ώθησης στον επόμενο κύκλο, σημειώθηκε θλιπτική αστοχία τοιχοποιίας και στην κάτω περιοχή της μεσαίας διατομής. Η μέγιστη δύναμη που παραλήφθηκε από το δοκίμιο ήταν ίση με 27.1 kn (αρνητική φορά ώθησης). Αξίζει να σημειωθεί ότι στη συγκεκριμένη δοκιμή δεν σημειώθηκε καμία θραύση ινών του πλέγματος παρά τις ρηγματώσεις που παρατηρήθηκαν στο TRM. Σχήμα 5.18 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου B_M2ii

206 Εικόνα 5.18 Έναρξη αστοχίας στην κάτω αριστερή στήριξη του δοκιμίου κατά τη διεξαγωγή της δοκιμής (α) (β) Εικόνα 5.19 Δύο όψεις της μεσαίας διατομής του δοκιμίου (α) Αποκάλυψη ινών του TRMόπου δεν παρατηρείται θραύση αυτών (β) Αστοχία τοιχοποιίας σε θλίψη

207 Αξιολόγηση δοκιμίων Για καλύτερη σύγκριση και αξιολόγηση των δοκιμίων παρατίθενται συγκεντρωμένα τα διαγράμματα δύναμης μετατόπισης που καταγράφηκαν κατά τις δοκιμές και ακολουθεί ο σχολιασμός και η περαιτέρω επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών. Σχήμα 5.19 Συγκεντρωτικά διαγράμματα δύναμης - μετατόπισης δοκιμίων ομάδας Β

208 Καταρχάς παρατηρείται ότι σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια υπάρχει σημαντική αύξηση τόσο στη μέγιστη δύναμη όσο και στη μέγιστη παραμόρφωση μέχρι την αστοχία, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (Control). Το μέγεθος των αυξήσεων αυτών θα βρεθεί και θα σχολιασθεί παρακάτω. Αξιοσημείωτα είναι τα εξής: Παρατηρήσεις: Όλα τα ενισχυμένα δοκίμια παρουσιάζουν καμπτική συμπεριφορά καθώς η αστοχία επέρχεται λόγω εφελκυστικής αστοχίας ινών ή σύνθλιψης τοιχοποιίας και δεν ακολουθείται από ψαθυρή κατάρρευση αλλά ομαλή πτώση της αντοχής στους επόμενους κύκλους φόρτισης. Επομένως η μορφή αστοχίας που επιτυγχάνεται είναι η επιθυμητή, ενώ συνδυάζεται με αύξηση της αντοχής και της πλαστιμότητας. Η επιρροή του αξονικού φορτίου σε αυτά τα δοκίμια δεν είναι σημαντική καθώς δεν παρατηρείται κάποια παραμένουσα αντοχή μετά την αστοχία. Όπως είναι εμφανές και στα διαγράμματα με τις παριβάλλουσες των κύκλων φόρτισης (βλ. παρακάτω εικόνα) δεν υπάρχει οριζόντιος κλάδος μετά την αστοχία, όπως υπήρχε στα δοκίμια τύπου Α. Αυτό πιθανότατα οφείλεται στο μικρό πλάτος των δοκιμίων (40 cm) επί του οποίου ασκείται το αξονικό φορτίο. Αυτό σημαίνει ότι με βέλος κάμψης της τάξεως των 10 mm, η εκκεντρότητα που προσδίδεται από την αξονική δύναμη είναι σχετικά μεγάλη, επομένως και η αντίστοιχη δευτερεύουσα ροπή. Είναι δηλαδή έντονη η επιρροή του φαινομένου P-δ και κατά συνέπεια, η αξονική δύναμη στα μικρού πλάτους στοιχεία, έχει αρνητική επιρροή, σε μεγάλες παραμορφώσεις. Στα δοκίμια με αμφίπλευρο μανδύα παρατηρείται μόνο εφελκυστική αστοχία των ινών ενώ στα δοκίμια με μονόπλευρο μανδύα επήλθε και θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας. Πάντως, μόνο στο δοκίμιο Β_Mii2 επήλθε πρώτα η σύνθλιψη της τοιχοποιίας, η οποία συνέβη σχεδόν ταυτόχρονα με την αστοχία της στήριξης στο άκρο. Στο δοκίμιο B_M2ii η θραύση των τούβλων έγινε μετά τη θραύση των ινών του πλέγματος που ήταν η καθοριστική μορφή αστοχίας του δοκιμίου. Τέλος, αναφέρεται ότι σε αντίθεση με τα δοκίμια της ομάδας Α, στα δοκίμια Β, μετά την αστοχία ξεκινάει άμεσα η πλάτυνση των βρόγχων υστέρησης, ανεξάρτητα αν η αστοχία επήλθε από θραύση ινών ή θραύση τοιχοποιίας. Υπενθυμίζεται ότι στα δοκίμια Α, οι κύκλοι υστέρησης παρέμεναν στενοί μετά από θραύσεις ινών (επιστροφή κοντά στην αρχή των αξόνων) διότι λόγο του μεγάλου μήκους τους, ακόμη και μετά τη θραύση των ακραίων ινών, υπήρχαν και άλλοι διαθέσιμοι κλώνοι ινών με μεγάλο

209 μοχλοβραχίονα, ικανοί να παραλάβουν τις εφελκυστικές τάσεις λόγω κάμψης. Επομένως η βλάβη ήταν μικρότερης σημασίας και για αυτό η καμπύλη αποφόρτισης διερχόταν κοντά στην αρχή των αξόνων ενώ η πτώση της αντοχής ήταν μικρή. Στα δοκίμια Β, δεν υπάρχει το πλεονέκτημα των πολλών ινών με μεγάλο μοχλοβραχίονα λόγω του μικρού πλάτους των δοκιμίων. Κατά συνέπεια, η επιρροή της θραύσης μερικών ινών είναι μεγαλύτερη, άρα η βλάβη είναι εκτενέστερη και αυτό εκδηλώνεται με πιο μεγάλη πτώση της αντοχής καθώς και πλάτυνση των κύκλων φόρτισης. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνονται τις περιβάλλουσες των βρόγχων υστέρησης για όλα τα δοκίμια της ομάδας B. Είναι φανερή η διαφορά των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς, ως προς την μέγιστη δύναμη και την μετατόπιση που επιτυγχάνεται κατά την αστοχία. Σχήμα 5.20 Συγκριτικό διάγραμμα περιβάλλουσων καμπυλών των δοκιμίων της ομάδας B (οι έντονες κουκκίδες σηματοδοτούν την αστοχία του δοκιμίου) Στον ακόλουθο πίνακα καταγράφονται οι τιμές της κατακόρυφης δύναμης στο μέσον του δοκιμίου και η αντίστοιχη μετατόπιση, κατά την αστοχία που περιεγράφηκε στις προηγούμενες παραγράφους.

210 Η κατακόρυφη δύναμη μετατρέπεται σε αντίστοιχη ροπή στη μεσαία διατομή πολλαπλασιάζοντας τη δύναμη με το καθαρό μήκος των δοκιμίων (1.15 m) και διαιρώντας διά τέσσερα (βάσει της σχέσης Μ=PL/4 που ισχύει για αμφιέρειστες δοκούς). Η κατακόρυφη μετατόπιση (βύθιση) μετατρέπεται σε ανηγμένη μετατόπιση ως προς το μήκος του δοκιμίου, δηλαδή διαιρείται με το καθαρό μήκος (1.15 m). Υπολογίζονται οι ποσοστιαίες αυξήσεις της ροπής στη βάση και της ανηγμένης μετατόπισης, των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς. Πίνακας 5.3 Σύγκριση ροπής αντοχής και μέγιστης ανηγμένης βύθισης στο μέσον, των δοκιμίων ομάδας Β ΔΟΚΙΜΙΟ Μέγιστο φορτίο ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Β ΡΟΠΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ροπή αύξηση σε αύξηση σε βύθιση αντοχής σχέση με το βύθιση σχέση με το /μήκος στο μέσον Control Control (kn) (knm) (%) (mm) (%) (%) Β_Control % - ΜΟΡΦΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ καμπτοδιατμητική ρωγμή Β_i1M1i % % 25.5% θραύση ινών Β_1iMi % % 83.6% θραύση ινών Β_M2ii % % 36.4% θραύση ινών B_Mii % % 36.4% θραύση τοιχοποιίας Για εποπτικότερη παρουσίαση των αποτελεσμάτων, δίνονται ραβδογράμματα με τις ροπές και τις μετακινήσεις αστοχίας των δοκιμίων καθώς και με τις ποσοστιαίες αυξήσεις αυτών σε σχέση με το δοκίμιο άοπλης τοιχοποιίας (Control).

211 Ροπή αντοχής στο μέσον (knm) 1,0% Ανηγμένη βύθιση στο μέσον ,8% 0,6% ,4% 0,2% 0 Β_Control Β_i1M1i Β_1iMi1 Β_M2ii Β_Mii2 0,0% Β_Control Β_i1M1i Β_1iMi1 Β_M2ii Β_Mii2 Σχήμα 5.21 Ροπή στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένη ως προς το μήκος βύθιση στο μέσον, κατά την αστοχία, για τα δοκίμια ομάδας Β 100% 80% 60% Aύξηση ροπής αντοχής σε σχέση με B_Control 100% Aύξηση ανηγμένης βύθισης σε σχέση με B_Control 40% 20% 50% 0% Β_i1M1i Β_1iMi1 Β_M2ii Β_Mii2 0% Β_i1M1i Β_1iMi1 Β_M2ii Β_Mii2 Σχήμα 5.22 Ποσοστιαία αύξηση ροπής στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένης βύθισης στο μέσον, κατά την αστοχία, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (άοπλη τοιχοποιία), για τα δοκίμια ομάδας Β Αυτό που παρατηρείται από τα παραπάνω ραβδογράμματα είναι ότι οι αυξήσεις στην αντοχή είναι μεγαλύτερες στα δοκίμια που έχουν αμφίπλευρη στρώση TRM (δοκίμια B_1iMi1 και B_i1M1i). Συγκεκριμένα, το δοκίμιο Β_1iMi1 όπου η στρώση του TRM δεν εφάπτεται επί της τοιχοποιίας υπάρχει η μεγαλύτερη αύξηση της αντοχής (αύξηση κατά 85.5% σε σχέση με το B_Control) ενώ στο ίδιο δοκίμιο Β_1iMi1 όπου μεταξύ της τοιχοποιίας και του TRM παρεμβάλλεται η εύκαμπτη στρώση διογκωμένης πολυστερίνης, υπάρχει η μεγαλύτερη αύξηση παραμορφωσιμότητας (αύξηση 83.6% σε σχέση με το B_Control). Αντιθέτως, στα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση, σημειώνονται μικρότερες αυξήσεις στην αντοχή και την παραμορφωσιμότητα.

212 Υπολογίζοντας το μέσο όρο της αύξησης, τόσο στη ροπή όσο και στη μετακίνηση, για τα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση και για τα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση, καταλήγουμε στις τιμές (παρατίθενται πινακοποιημένοι οι μέσοι όροι): Πίνακας 5.4 Μέσοι όροι αύξησης αντοχής και παραμορφωσιμότητας για τις διάφορες διατάξεις του μανδύα ενίσχυσης, για τα δοκίμιο ομάδας Β Μονόπλευρη ενίσχυση (Β_Mii2 και Β_M2ii) Αμφίπλευρη ενίσχυση (Β_i1M1i και Β_1iMi1) TRM εσωτερικά (Β_i1M1i και Β_Μ2ii) TRM εξωτερικά (Β_1iMi1 και Β_Μii2) ΑΥΞΗΣΗ ΡΟΠΗΣ ΑΥΞΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ 62.3% 36.4% 83.8% 54.5% 77.7% 30.9% 68.4% 60.0% Από τον παραπάνω πίνακα γίνεται σαφές ότι τα δοκίμια με αμφίπλευρο μανδύα έχουν κατά μέσο όρο μεγαλύτερη αύξηση στην αντοχή και στην παραμορφωσιμότητα καθώς και ότι τα δοκίμια με το πλέγμα εσωτερικά έχουν μεγαλύτερη αύξηση στην αντοχή αλλά μικρότερη αύξηση της παραμορφωσιμότητας. Στο ακόλουθο σχήμα γίνεται σύγκριση της δυσκαμψίας των δοκιμίων σε κάθε κύκλο φόρτισης, η οποία υπολογίζεται βάσει της σχέσης που δίνεται στην άνω δεξιά γωνία του σχήματος. Παρατηρείται η αύξηση της δυσκαμψίας σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια, σε σχέση με την άοπλη τοιχοποιία (Β_Control), ενώ δεν παρατηρούνται σημαντικές διαφορές μεταξύ των δοκιμίων καθώς περιλαμβάνουν όλα περίπου την ίδια ποσότητα κονιάματος μήτρας του TRM στο οποίο οφείλεται κατά κύριο λόγο η αυξημένη δυσκαμψία. Ο υπολογιμός της δυσκαμψίας γίνεται μέχρι και τον κύκλο όπου αστόχησε το κάθε δοκίμιο.

213 Σχήμα 5.23 Συγκριτικό διάγραμμα δυσκαμψίας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Β Παρατηρώντας την ποσοστιαία αύξηση της δυσκαμψίας των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (βλ. επόμενο σχήμα 5.24), παρατηρούμε ότι οι διαφορές μεταξύ των δοκιμίων είναι πολύ μικρές ως προς το ποσοστό αύξησης που προσφέρουν στην πλευρική δυσκαμψία σε σχέση με την άοπλη τοιχοποιία. Αξιοσημείωτο είναι ότι στον κύκλο κατά τον οποίο αστοχεί η άοπλη τοιχοποιία, η δυσκαμψία της μειώνεται απότομα ενώ τα ενισχυμένα δοκίμια δεν έχουν αστοχήσει ακόμα. Άρα η μείωση της δυσκαμψίας τους στον εν λόγω κύκλο είναι πολύ μικρότερη από ότι η μείωση του δοκιμίου ελέγχου. Κατά συνέπεια, φαίνεται ότι η αύξηση που προσφέρει η ενίσχυση στον κύκλο αυτό είναι πολύ μεγαλύτερη. Γενικώς, όμως υπάρχει αυξητική τάση στις καμπύλες που παρουσιάζονται στο σχήμα Αυτό σημαίνει ότι σε κάθε κύκλο φόρτισης που ολοκληρώνεται, αν και η δυσκαμψία όλων των δοκιμίων μειώνεται, ο ρυθμός μείωσης στα ενισχυμένα δοκίμια είναι μικρότερος από το ρυθμό μείωσης στην άοπλη τοιχοποιία.

214 Σχήμα 5.24 Συγκριτική αύξηση δυσκαμψίας δοκιμίων ομάδας B, σε σχέση με το δοκίμιο B_Control (άοπλη τοιχοποιία) Γίνεται, ακόμη, σύγκριση των δοκιμίων ως προς την απορροφούμενη ενέργεια ανά κύκλο φόρτισης, η οποία υπολογίζεται από το εμβαδόν που περικλείεται σε κάθε κύκλο. Ο υπολογισμός γίνεται μέχρι και τον κύκλο όπου αστόχησε το κάθε δοκίμιο. Από τα δύο ακόλουθα σχήματα παρατηρείται ότι στους πρώτους κύκλους φόρτισης η αναλισκόμενη ενέργεια είναι περίπου ίδια σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια και μάλιστα με μικρή διαφορά από το δοκίμιο άοπλης τοιχοποιίας. Μετά τον 8 ο κύκλο φόρτισης παρατηρείται μεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας στα δοκίμια B_i1M1i και B_M2ii, δηλαδή στα δοκίμια όπου το TRM εφάπτεται επί της τοιχοποιίας, καθότι σε αυτά εκδηλώθηκαν νωρίτερα βλάβες. Τη μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας μέχρι την αστοχία, επέδειξε το δοκίμιο B_1iMi1.

215 Σχήμα 5.25 Συγκριτικό διάγραμμα απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Β Σχήμα 5.26 Συγκριτικό διάγραμμα αθροιστικής απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας Β

216 ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ C Γενικά Υπενθυμίζεται ότι τα δοκίμια ομάδας C αφορούν δοκίμια τύπου υπέρθυρου και οι διαστάσεις τους είναι περίπου 0.40 m x 1 m (πλάτος x ύψος). Το καθαρό ύψος και πλάτος των δοκιμίων, όπως μετρήθηκαν μετά την τοποθέτησή τους εντός της πειραματικής διάταξης, είναι 400 mm ύψος και 1150 mm μήκος. Στηρίζονται με αρθρώσεις στα άκρα και ασκείται κατακόρυφη δύναμη στο μέσον του ανοίγματος (δοκιμή κάμψης τριών σημείων). Καταγράφεται η κατακόρυφη μετακίνηση της μεσαίας διατομής από τον αισθητήρα του εμβόλου και συγκρίνεται με την μετατόπιση που καταγράφεται από αισθητήρα τύπου LVDT που τοποθετήθηκε στη μεσαία διατομή. Οι μετρήσεις συμπίπτουν και τελικά χρησιμοποιείται η καταγραφή του αισθητήρα του εμβόλου. Κατά την ανακύκλιση της φόρτισης, θετική θεωρείται η κατεύθυνση κατά την οποία το έμβολο μετατοπίζεται προς τα κάτω (ώθηση του εμβόλου θετικό βέλος κάμψης), ενώ αρνητική αυτή κατά την οποία το έμβολο κατευθύνεται προς τα πάνω (έλξη του εμβόλου αρνητικό βέλος κάμψης). Εικόνα 5.20 Γενικά στοιχεία πειραματικής διάταξης δοκιμίων C

217 Επιπλέον, αξίζει να σημειωθούν οι εξής παρατηρήσεις πριν την περιγραφή της συμπεριφοράς του εκάστοτε δοκιμίου: Σε όλα τα δοκίμια υπήρξαν αποκολλήσεις αρμών της τοιχοποιίας, λόγω εφελκυσμού, ήδη από τον 2 ο ή 3 ο κύκλο φόρτισης, δηλαδή σε πολύ μικρές μετατοπίσεις. Οι αποκολλήσεις αυτές είναι αμελητέες καθώς η συνεισφορά της τοιχοποιίας στην παραλαβή εφελκυστικών τάσεων είναι γνωστό πως είναι μηδαμινή και δεν λαμβάνεται υπόψη. Εξάλλου αυτή η ρηγμάτωση δεν επηρεάζει τη συμπεριφορά της στην παραλαβή θλιπτικών τάσεων αφού με την εναλλαγή της φοράς φόρτισης, οι ρηγματώσεις αυτές «κλείνουν» και η μεταφορά τάσεων γίνεται κανονικά. Εξάλλου φαίνεται και από τα διαγράμματα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του τοίχου, ότι δεν υπάρχει κάποια αλλαγή στην κλίση της καμπύλης (άρα μηδαμινή επιρροή της δυσκαμψίας) ούτε και στην παραλαβή της κατακόρυφης δύναμης στο μέσον (μηδαμινή επιρροή στη ροπή αντοχής στη μεσαία, κρίσιμη, διατομή). «Αστοχία» θεωρείται η θλιπτική αστοχία της τοιχοποιίας ή η εφελκυστική αστοχία του TRM (αποκόλληση του μανδύα ή θραύση ινών). Αν τίποτε από αυτά δεν οδηγήσει σε απότομη πτώση της αντοχής, τότε αστοχία θεωρείται η πτώση της μέγιστης οριζόντιας δύναμης κατά 20%. Η μερική αποκόλληση των ινών από την μήτρα (τηλεσκοπική αστοχία) δεν θεωρείται αστοχία του δοκιμίου διότι η αντοχή του δεν έχει εξαντληθεί και διότι δεν μπορεί να εντοπιστεί με καλή αξιοπιστία (παρόλο που σε πραγματικές συνθήκες η επέμβαση δεν σχεδιάζεται για παραμορφώσεις όπου συμβαίνουν αποκολλήσεις των ινών ή ολόκληρου του μανδύα) Μορφές αστοχίας Δοκίμιο ελέγχου (C_Control) Η μορφή αστοχίας του δοκιμίου αυτού ήταν καμπτική καθώς έγινε διάνοιξη ρωγμής λόγω εφελκυσμού η οποία ξεκίνησε από την πάνω περιοχή της μεσαίας διατομής του δοκιμίου, όταν αυτή βρισκόταν υπό εφελκυστική καταπόνηση, δηλαδή το βέλος κάμψης του δοκιμίου ήταν προς τα επάνω (έλξη του εμβόλου αρνητικές μετατοπίσεις). Η έναρξη της ρωγμής αυτής έγινε στον δεύτερο κύκλο φόρτισης και συγκεκριμένα σε χρονική στιγμή όπου η κατακόρυφη δύναμη του εμβόλου ήταν ίση με 12.4 kn και η μετατόπιση ίση με 0.66 mm. Η μέγιστη δύναμη που παραλαμβάνεται από το δοκίμιο στην

218 αρνητική διεύθυνση ώθησης είναι 12.2 kn και αυτή θεωρείται η δύναμη που καθορίζει την καμπτική αντοχή του δοκιμίου. Ακολούθησε διάνοιξη ρωγμής και στην θετική μετατόπιση στον επόμενο κύκλο φόρτισης, δηλαδή και στην κάτω περιοχή της μεσαίας διατομής. Στους δύο επόμενους κύκλους η πτώση της αντοχής ήταν σημαντική και οι ρωγμές επεκτάθηκαν σε σημείο όπου το δοκίμιο διαχωρίστηκε στα δύο με αποτέλεσμα να μην μπορεί να παραλάβει πλέον φορτίο και η δοκιμή σταμάτησε. Αξιοσημείωτο είναι ότι καθώς στα δοκίμια τύπου C δεν επιβάλλεται αξονικό φορτίο που προσφέρει κάποια συγκράτηση, η αστοχία και η πτώση του φορτίου είναι πολύ πιο απότομη σε σχέση με τα δοκίμια τύπου B. Σχήμα 5.27 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_Control Εικόνα 5.21 Αστοχία στο μέσον του δοκιμίου C_Control

219 Δοκίμιο C_i1M1i Η μορφή αστοχίας του δοκιμίου ήταν καμπτική καθώς επήλθε θραύση ινών του πλέγματος λόγω εφελκυσμού στην άνω περιοχή στο μέσον του δοκιμίου, όταν το βέλος κάμψης ήταν αρνητικό (προς τα επάνω), κατά τον 6 ο κύκλο φόρτισης. Η κατακόρυφη δύναμη εκείνη τη στιγμή ισούνταν με 17.6 kn ενώ η βύθιση ήταν ίση με 3.8 mm. Η μέγιστη δύναμη που παραλαμβάνεται από το δοκίμιο είναι 18.8 kn. Στη συνέχεια έγιναν διαδοχικές θραύσεις ινών και στους επόμενους κύκλους φόρτισης, τόσο σε θετικό όσο και σε αρνητικό βέλος κάμψης ενώ αξιοσημείωτο είναι ότι μετά από κάθε θραύση ινών, η πτώση της αντοχής που παρατηρείται στον επόμενο κύκλο φόρτισης είναι πολύ μεγάλη. Σημειώνεται επίσης, ότι ήδη από τον 3 ο κύκλο φόρτισης η μεταβολή της δυσκαμψίας είναι σημαντική καθώς παρατηρείται έντονη απόκλιση της καμπύλης, κατά την αποφόρτιση, από την αρχή των αξόνων (αρχίζει δηλαδή σημαντική «πλάτυνση» των κύκλων φόρτισης). Σχήμα 5.28 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_i1M1i

220 Εικόνα 5.22 Αποκάλυψη μεσαίας διατομής του δοκιμίου μετά τη λήξη του πειράματος (διακρίνονται οι ίνες που έχουν κοπεί στην άνω και την κάτω περιοχή της διατομής) Δοκίμιο C_1iMi1 Η συμπεριφορά του δοκιμίου ήταν καμπτική καθώς η αστοχία του προήλθε από θραύση ινών λόγω εφελκυσμού στο μέσον του δοκιμίου. Συγκεκριμένα η πρώτη θραύση έγινε στον 7 ο κύκλο φόρτισης, με θετικό βέλος κάμψης, άρα στην κάτω περιοχή της διατομής, ενώ εκείνη τη στιγμή η κατακόρυφη δύναμη ισούνταν με 36.7 kn και η βύθιση ήταν ίση με 5.6 mm. Η μέγιστη δύναμη που παραλαμβάνεται από το δοκίμιο, στην αρνητική διεύθυνση φόρτισης, είναι 25.9 kn, επομένως από αυτή τη δύναμη προσδιορίζεται η ροπή αντοχής του δοκιμίου. Στους επόμενους κύκλους φόρτισης ακολούθησε διαδοχική θραύση περισσότερων ινών σε θετικά και αρνητικά βέλη κάμψης μέχρις ότου η ικανότητα του δοκιμίου να παραλάβει κατακόρυφη δύναμη σχεδόν μηδενίστηκε. Τονίζεται κι εδώ ότι σε αντίθεση με τα δοκίμια Α και Β, που είχαν και αξονικό φορτίο, και κατά συνέπεια μετά την αστοχία η αντοχή τους σταθεροποιούνταν σε μια μικρή τιμή (περίπου στα 20 kn), στα δοκίμια τύπου Cόπου το αξονικό φορτίο απουσιάζει, η απώλεια της αντοχής μετά την αστοχία είναι πιο απότομη και καθολική (παρατηρούμε σε αυτό το δοκίμιο ότι στον τελευταίο κύκλο φόρτισης, η κατακόρυφη δύναμη τείνει να μηδενιστεί).

221 Σχήμα 5.29 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_1iMi1 Εικόνα 5.23 Διάνοιξη ρωγμής λόγω εφελκυσμού και θραύση ινών στο μέσον του δοκιμίου

222 Εικόνα 5.24 Μεσαία διατομή μετά την αφαίρεση του δοκιμίου από την μηχανή (αποκόπηκε πλήρως η ενίσχυση και η μόνωση με σκοπό να αποκαλυφθεί η κατάσταση της διατομής εσωτερικά, όπου και διαπιστώθηκε ότι δεν υπήρξε θλιπτική αστοχία τοιχοποιίας) Δοκίμιο C_M2ii Η αστοχία του δοκιμίου ήταν καμπτική, καθώς επήλθε από θραύση ινών λόγω εφελκυσμού στον 6 ο κύκλο φόρτισης, κατά την θετική φορά κάμψης του δοκιμίου και συγκεκριμένα σε βύθιση 4.9 mm και κατακόρυφη δύναμη 33.1 kn. Στη συνέχεια, ακολούθησε διαδοχική θραύση ινών και στους επόμενους κύκλους φόρτισης ενώ στον 7 ο κύκλο κατά την θετική φορά φόρτισης, σημειώθηκε διάνοιξη ρωγμής λόγω εφελκυσμού, που ξεκίνησε από την κάτω παρειά του δοκιμίου, ενώ στην άνω παρειά, στην περιοχή της θλιβόμενης ζώνης η ρωγμή εκδηλώθηκε με κλίση περίπου 45 ο πράγμα που φανερώνει διατμητική αστοχία στην περιοχή αυτή. Η ρωγμή αυτή εξελίχθηκε περισσότερο στη συνέχεια του ίδιου κύκλου φόρτισης, κατά την αρνητική φορά φόρτισης όπου έγινε μεγαλύτερη διάνοιξη στην άνω περιοχή, καθότι τώρα αυτή ήταν στην εφελκυόμενη ζώνη. Επιπλέον, στον 8 ο κύκλο φόρτισης κατά την αρνητική φορά ώθησης, εκδηλώθηκε θλιπτική αστοχία τοιχοσώματος στην κάτω περιοχή της μεσαίας διατομής του δοκιμίου. Η πτώση της αντοχής ωστόσο ήταν ομαλή, για αυτό και η αστοχία ορίζεται στο σημείο όπου σημειώνεται πτώση του μέγιστου φορτίου κατά 20%. Το μέγιστο φορτίο είναι 20.2 kn άρα η αστοχία προσδιορίζεται στα 16.2 kn που σημειώνονται σε παραμόρφωση 6.6 mm.

223 Σχήμα 5.30 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_M2ii (α) (β) Εικόνα 5.25 (α) Θραύση ινών λόγω εφελκυσμού κοντά στο μέσον του δοκιμίου (μπροστά όψη του δοκιμίου) (β) Καμπτοδιατμητική ρωγμή και θλιπτική αστοχία τοιχοσώματος, που επήλθαν μετά τη θραύση ινών (πίσω όψη του δοκιμίου)

224 Δοκίμιο C_Mii2 Στο δοκίμιο αυτό η αστοχία ξεκίνησε από κατακόρυφη εφελκυστική ρωγμή λόγω κάμψης εκτός επιπέδου, στον 7 ο κύκλο φόρτισης, τη στιγμή που η κατακόρυφη δύναμη ισούνταν με 24.3 kn και η βύθιση ήταν 5.6 mm. Η μορφή αυτή αστοχίας επήλθε λόγω της μεγάλης εκκεντρότητας που προκαλεί η διπλή στρώση TRM στη μια μόνο πλευρά του δοκιμίου και μάλιστα εξωτερικά της θερμομονωτικής πλάκας. Σε συνδυασμό με την απουσία αξονικής δύναμης που λειτουργεί ευεργετικά για την τοιχοποιία η επιρροή της εκκεντρότητας ήταν σημαντική και επηρέασε την αντοχή του δοκιμίου για δοκιμή εντός επιπέδου. Σημαντική ήταν επίσης η αστοχία που σημειώθηκε στην κάτω άρθρωση στο μέσον του δοκιμίου όπου υπήρξε ρηγμάτωση της γύψου που τοποθετήθηκε για την ομοιόμορφη επαφή του δοκιμίου στην άρθρωση. Αυτό σημαίνει ότι κατά την αρνητική φορά φόρτισης, δηλαδή όταν το έμβολο κινούνταν προς τα επάνω, η επιβαλλόμενη μετακίνηση δεν εφαρμόζεται σωστά στο δοκίμιο με συνέπεια να μην γίνεται σωστή καταγραφή της δύναμης που απαιτείται για να επιβληθεί αυτή η μετατόπιση. Για αυτό και διακρίνεται σημαντική διαφορά στη θετική και την αρνητική φορά των κύκλων φόρτισης (βλ. παρακάτω σχήμα). Κατά την θετική φορά φόρτισης όμως (κίνηση εμβόλου προς τα κάτω), η ώθηση του δοκιμίου γίνεται χωρίς περαιτέρω προβλήματα και οι μετρήσεις αυτές είναι πιο αξιόπιστες. Επομένως το μέγιστο φορτίο του δοκιμίου αυτού λαμβάνεται ίσο με 24.3 kn. Τελικά σημειώνεται θραύση των ινών του μανδύα TRM κατά την θετική φορά ώθησης στον 10 ο κύκλο φόρτισης. Η θραύσεις ινών συνεχίζονται και στους δύο επόμενους κύκλους ενώ έπειτα η δοκιμή σταματάει καθώς η αντοχή έχει μειωθεί σημαντικά ενώ τα εκτός επιπέδου φαινόμενα έχουν επίσης γίνει εντονότερα. Από αυτό το δοκίμιο δεν εξάγονται ασφαλή συμπεράσματα ως προς την αντοχή του (φορτίο αστοχίας) αλλά συμπεραίνεται ότι στα υπέρθυρα όπου οι αξονικές δυνάμεις είναι μηδαμινές, υπάρχει κίνδυνος εκτός επιπέδου αστοχίας και χρήζουν ιδιαίτερης προσοχής στην περίπτωση που ο μανδύας ενίσχυσης τοποθετείται με μεγάλο μοχλοβραχίονα ως προς την επιφάνεια του ενισχυόμενου στοιχείου διότι η επιρροή της εκκεντρότητας μπορεί να είναι καθοριστική για τη συμπεριφορά του.

225 Σχήμα 5.31 Διάγραμμα δύναμης μετατόπισης στο μέσον του δοκιμίου C_Mii2 Εικόνα 5.26 Θραύση ινών και εκτός επιπέδου αστοχία του δοκιμίου

226 Αξιολόγηση δοκιμίων Για καλύτερη σύγκριση και αξιολόγηση των δοκιμίων παρατίθενται συγκεντρωμένα τα διαγράμματα δύναμης μετατόπισης που καταγράφηκαν κατά τις δοκιμές και ακολουθεί ο σχολιασμός και η περαιτέρω επεξεργασία των αποτελεσμάτων αυτών. Σχήμα 5.32 Συγκεντρωτικά διαγράμματα δύναμης -μετατόπισης δοκιμίων ομάδας C

227 Καταρχάς παρατηρείται ότι σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια υπάρχει σημαντική αύξηση τόσο στη μέγιστη δύναμη όσο και στη μέγιστη παραμόρφωση μέχρι την αστοχία, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (Control). Το μέγεθος των αυξήσεων αυτών θα βρεθεί και θα σχολιασθεί παρακάτω. Αξιοσημείωτα είναι τα εξής: Παρατηρήσεις: Όλα τα ενισχυμένα δοκίμια παρουσιάζουν καμπτική συμπεριφορά καθώς η αστοχία επέρχεται λόγω εφελκυστικής αστοχίας ινών και δεν ακολουθείται από ψαθυρή κατάρρευση αλλά ομαλή πτώση της αντοχής στους επόμενους κύκλους φόρτισης. Επομένως η μορφή αστοχίας που επιτυγχάνεται είναι η επιθυμητή, ενώ συνδυάζεται με αύξηση της αντοχής και της πλαστιμότητας. Επίσης, αναφέρεται ότι όπως και στα δοκίμια της ομάδας Β, έτσι και στα δοκίμια της ομάδας C, μετά την αστοχία ξεκινάει άμεσα η πλάτυνση των βρόγχων υστέρησης. Υπενθυμίζεται ότι στα δοκίμια Α, οι κύκλοι υστέρησης παρέμεναν στενοί μετά από θραύσεις ινών (επιστροφή κοντά στην αρχή των αξόνων) διότι λόγο του μεγάλου μήκους τους, ακόμη και μετά τη θραύση των ακραίων ινών, υπήρχαν και άλλοι διαθέσιμοι κλώνοι ινών με μεγάλο μοχλοβραχίονα, ικανοί να παραλάβουν τις εφελκυστικές τάσεις λόγω κάμψης. Επομένως η βλάβη ήταν μικρότερης σημασίας και για αυτό η καμπύλη αποφόρτισης διερχόταν κοντά στην αρχή των αξόνων ενώ η πτώση της αντοχής ήταν μικρή. Στα δοκίμια C, δεν υπάρχει το πλεονέκτημα των πολλών ινών με μεγάλο μοχλοβραχίονα λόγω του μικρού πλάτους των δοκιμίων. Κατά συνέπεια, η επιρροή της θραύσης μερικών ινών είναι μεγαλύτερη, άρα η βλάβη είναι εκτενέστερη και αυτό εκδηλώνεται με πιο μεγάλη πτώση της αντοχής καθώς και πλάτυνση των κύκλων φόρτισης. Τέλος, αναφέρεται ότι παρατηρούνται ασυμμετρίες στα διαγράμματα δύναμηςμετατόπισης που οφείλονται στους εξής παράγοντες: Η εκδήλωση μιας βλάβης στον θετικό ή στον αρνητικό κλάδο ενός κύκλου φόρτισης προκαλεί μεταβολή της δυσκαμψίας του δοκιμίου η οποία γίνεται εμφανής με τη διαφορετική συμπεριφορά στον επόμενο κλάδο (αποφόρτιση και επαναφόρτιση) Η λειτουργία των στηρίξεων δεν είναι απόλυτα αποτελεσματική ως άρθρωση. Υπενθυμίζεται ότι η πειραματική διάταξη περιλαμβάνει προεντεταμένες ντίζες στα άκρα ούτως ώστε να επιτυγχάνεται στήριξη του δοκιμίου και για αρνητικά βέλη

228 κάμψης (έλξη του εμβόλου προς τα πάνω). Η προένταση στις ντίζες δημιουργεί τριβές στους μηχανισμούς των αρθρώσεων, επομένως η τιμή της προέντασης στις ντίζες επηρεάζει τη λειτουργία της άρθρωσης. Αν η τριβή είναι πολύ μεγάλη η άρθρωση θα λειτουργεί περισσότερο ως πάκτωση καθώς θα περιορίζεται η δυνατότητα στροφής, ενώ παράλληλα θα υπάρχει κίνδυνος σύνθλιψης του δοκιμίου ανάμεσα από τις αρθρώσεις ή θραύσης της γύψου που τοποθετείται για την ομοιόμορφη επαφή του δοκιμίου στην άρθρωση. Επιπλέον, κατά την έλξη του εμβόλου προς τα πάνω, οι ντίζες λειτουργούν ως «ελατήρια» καθότι η δική τους δυσκαμψία, άρα και η παραμόρφωσή τους, επηρεάζει τη δύναμη που μεταφέρεται στις στηρίξεις και τη θέση των στηρίξεων. Το ίδιο πράγμα συμβαίνει και με τις προεντεταμένες ντίζες στη διάταξη που χρησιμοποιείται στο μέσον του δοκιμίου για την προσαρμογή του κατακόρυφου εμβόλου στο δοκίμιο. Κατά την έλξη του εμβόλου προς τα πάνω οι ντίζες εφελκύονται και η δυσκαμψία τους επηρεάζει το μέγεθος της δύναμης που τελικά μεταφέρεται στο δοκίμιο. Μάλιστα στο δοκίμιο C_Mii2 σημειώθηκε αστοχία της γύψου στην κάτω άρθρωση στο μέσον του δοκιμίου. Αυτό σημαίνει ότι κατά την αρνητική φορά φόρτισης, δηλαδή όταν το έμβολο κινούνταν προς τα επάνω, η επιβαλλόμενη μετακίνηση δεν εφαρμόζεται σωστά στο δοκίμιο με συνέπεια να μην γίνεται σωστή καταγραφή της δύναμης που απαιτείται για να επιβληθεί αυτή η μετατόπιση. Για αυτό και στο συγκεκριμένο δοκίμιο παρατηρείται έντονη ασυμμετρία στον θετικό και τον αρνητικό κλάδο του διαγράμματος. Σημειώνεται ότι στα δοκίμια Cυπάρχει μεγαλύτερη ευαισθησία στην προένταση που μπορεί να γίνει στις ντίζες που αναφέρθηκαν, σε σχέση με τα δοκίμια τύπου Β. Αυτό συμβαίνει διότι οι θλιπτικές τάσεις που εφαρμόζονται στην τοιχοποιία, στα δοκίμια C, έχουν διεύθυνση κάθετα προς τους αρμούς της τοιχοποιίας ενώ στα δοκίμια Β η διεύθυνση των τάσεων είναι παράλληλα προς τους οριζόντιους αρμούς. Οι προκαταρκτικές δοκιμές έδειξαν σημαντικά μικρότερη αντοχή της τοιχοποιίας σε θλίψη κάθετα στους οριζόντιους αρμούς (βλ. παρ ) επομένως στα δοκίμια C, η τιμή της ροπής που εφαρμόστηκε κατά την προένταση των ντιζών ήταν μικρότερη από αυτή που εφαρμόστηκε στα δοκίμια Β. Ακολουθούν τα διαγράμματα με τις περιβάλλουσες των κύκλων φόρτισης, τη δυσκαμψία και την αναλισκόμενη ενέργεια, των δοκιμίων, σε κάθε κύκλο φόρτισης.

229 Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνονται τις περιβάλλουσες των βρόγχων υστέρησης για όλα τα δοκίμια της ομάδας C. Είναι φανερή η διαφορά των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς, ως προς την μέγιστη δύναμη και την μετατόπιση που επιτυγχάνεται κατά την αστοχία. Σχήμα 5.33 Συγκριτικό διάγραμμα περιβάλλουσων καμπυλών των δοκιμίων της ομάδας C (οι έντονες κουκκίδες σηματοδοτούν την αστοχία του δοκιμίου) Στον ακόλουθο πίνακα καταγράφονται οι τιμές της κατακόρυφης δύναμης στο μέσον του δοκιμίου και η αντίστοιχη μετατόπιση, κατά την αστοχία που περιεγράφηκε στις προηγούμενες παραγράφους. Η κατακόρυφη δύναμη μετατρέπεται σε αντίστοιχη ροπή στη μεσαία διατομή πολλαπλασιάζοντας τη δύναμη με το καθαρό μήκος των δοκιμίων (1.15 m) και διαιρώντας διά τέσσερα (βάσει της σχέσης Μ=PL/4 που ισχύει για αμφιέρειστες δοκούς). Η κατακόρυφη μετατόπιση (βύθιση) μετατρέπεται σε ανηγμένη μετατόπιση ως προς το μήκος του δοκιμίου, δηλαδή διαιρείται με το καθαρό μήκος (1.15 m). Υπολογίζονται οι ποσοστιαίες αυξήσεις της ροπής στη βάση και της ανηγμένης μετατόπισης, των ενισχυμένων δοκιμίων σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς.

230 Πίνακας 5.5 Σύγκριση ροπής αντοχής και μέγιστης ανηγμένης βύθισης στο μέσον, των δοκιμίων ομάδας C ΔΟΚΙΜΙΟ φορτίο αντοχής ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ C ΡΟΠΗ ΑΝΤΟΧΗΣ ΜΕΓΙΣΤΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ροπή αύξηση σε αύξηση σε βύθιση αντοχής σχέση με το βύθιση σχέση με το /μήκος στο μέσον Control Control (kn) (knm) (%) (mm) (%) (%) C_Control % - ΜΟΡΦΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ εφελκυστική ρωγμή C_i1M1i % % 475.8% θραύση ινών C_1iMi % % 748.5% θραύση ινών C_M2ii % % 900.0% θραύση ινών C_Mii % % 748.5% κάμψη εκτός επιπέδου Για εποπτικότερη παρουσίαση των αποτελεσμάτων, δίνονται ραβδογράμματα με τις ροπές και τις μετακινήσεις αστοχίας των δοκιμίων καθώς και με τις ποσοστιαίες αυξήσεις αυτών σε σχέση με το δοκίμιο άοπλης τοιχοποιίας (Control). Ροπή αντοχής στο μέσον (knm) Ανηγμένη βύθιση στο μέσον C_Control C_i1M1i C_1iMi1 C_M2ii C_Mii2 1% 1% 1% 0% 0% 0% 0% 0% C_Control C_i1M1i C_1iMi1 C_M2ii C_Mii2 Σχήμα 5.34 Ροπή στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένη ως προς το μήκος βύθιση στο μέσον, κατά την αστοχία, για τα δοκίμια ομάδας C

231 Aύξηση ροπής αντοχής σε σχέση με B_Control Aύξηση ανηγμένης βύθισης σε σχέση με C_Control 120% 1000% 100% 80% 60% 40% 20% 800% 600% 400% 200% 0% C_i1M1i C_1iMi1 C_M2ii C_Mii2 0% C_i1M1i C_1iMi1 C_M2ii C_Mii2 Σχήμα 5.35 Ποσοστιαία αύξηση ροπής στο μέσον κάθε δοκιμίου και ανηγμένης βύθισης στο μέσον, κατά την αστοχία, σε σχέση με το δοκίμιο αναφοράς (άοπλη τοιχοποιία), για τα δοκίμια ομάδας C Πίνακας 5.6 Μέσοι όροι αύξησης αντοχής και παραμορφωσιμότητας για τις διάφορες διατάξεις του μανδύα ενίσχυσης, για τα δοκίμιο ομάδας C Μονόπλευρη ενίσχυση (C_Mii2 και C_M2ii) Αμφίπλευρη ενίσχυση (C_i1M1i και C_1iMi1) TRM εσωτερικά (C_i1M1i και C_Μ2ii) TRM εξωτερικά (C_1iMi1 και C_Μii2) ΑΥΞΗΣΗ ΡΟΠΗΣ ΑΥΞΗΣΗ ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗΣ 82.4% 824.2% 78.3% 612.1% 54.9% 687.9% 105.7% 748.5% Αυτό που παρατηρείται από τους παραπάνω πίνακες και διαγράμματα, είναι ότι μεγαλύτερη αύξηση στην αντοχή του δοκιμίου σε κάμψη, προκύπτει στα δοκίμια C_1iMi1 και C_Mii2 όπου δηλαδή το πλέγμα βρίσκεται εξωτερικά στο μανδύα ενίσχυσης και μεταξύ του TRM και της τοιχοποιίας παρεμβάλλεται η διογκωμένη πολυστερίνη. Τα δύο αυτά δοκίμια δίνουν, επίσης, σημαντική αύξηση στην παραμόρφωση αστοχίας, ωστόσο η μεγαλύτερη αύξηση στην παραμόρφωση αστοχίας προέκυψε στο δοκίμιο C_M2ii όπου η διπλή στρώση πλέγματος είναι σε επαφή με την τοιχοποιία. Αυτό συνέβη διότι σε όλα τα υπόλοιπα δοκίμια η αστοχία ήταν απότομη (απότομη πτώση της αντοχής) ενώ στο δοκίμιο αυτό η πτώση της αντοχής ήταν ομαλή και η αστοχία ελήφθη συμβατικά στο σημείο όπου η πτώση της αντοχής έφτασε στο 20% της μέγιστης τιμής. Η ομαλή, λοιπόν, πτώση της αντοχής οδήγησε σε μεγαλύτερη παραμόρφωση μέχρι τη συμβατική αστοχία.

232 Πάντως κατά μέσο όρο, τα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη αύξηση στην αντοχή και στην παραμορφωσιμότητα σε σχέση με τα δοκίμια που είχαν αμφίπλευρη ενίσχυση. Επίσης, τα δοκίμια με το TRM εξωτερικά του μανδύα ενίσχυσης έδωσαν μεγαλύτερη αύξηση της αντοχής και της μετακίνησης, σε σχέση με τα δοκίμια με το TRM εσωτερικά. Ωστόσο επισημαίνεται η επικινδυνότητα για εκτός επιπέδου συμπεριφορά στην περίπτωση μονόπλευρου μανδύα με διπλή στρώση TRM εξωτερικά της ενίσχυσης, λόγω μεγάλης εκκεντρότητας. Σχήμα 5.36 Συγκριτικό διάγραμμα δυσκαμψίας συναρτήσει των κύκλων φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας C Αυτό που παρατηρείται από τα συγκριτικά διαγράμματα δυσκαμψίας των δοκιμίων, είναι ότι τη μέγιστη αύξηση στη δυσκαμψία σε σχέση με το δοκίμιο άοπλης τοιχοποιίας, προσφέρει το δοκίμιο C_M2ii και έπειτα το δοκίμιο C_1iMi1. Τη μικρότερη αύξηση στη δυσκαμψία προσφέρει το δοκίμιο C_Mii2. Ωστόσο οι διαφορές μεταξύ των ενισχυμένων δοκιμίων είναι μικρές σε σχέση με την μέση αύξηση που προσφέρουν στη δυσκαμψία της άοπλης τοιχοποιίας.

233 Σχήμα 5.37 Συγκριτικό διάγραμμα απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας C Σχήμα 5.38 Συγκριτικό διάγραμμα αθροιστικής απορροφούμενης ενέργειας ανά κύκλο φόρτισης, για τα δοκίμια ομάδας C Αυτό που παρατηρείται από τα δύο τελευταία διαγράμματα είναι ότι οι τιμές της απορροφούμενης ενέργειας είναι παραπλήσιες σε όλα τα ενισχυμένα δοκίμια και σαφώς μεγαλύτερες από την άοπλη τοιχοποιία, με εξαίρεση το δοκίμιο C_Mii2 όπου μετά τον 6 ο κύκλο φόρτισης αστόχησε σε εφελκυσμό λόγω κάμψης εκτός επιπέδου, άρα παρουσίασε διαφορετική συμπεριφορά. Πάντως μέχρι την αστοχία (5 ος 6 ος κύκλος φόρτισης για όλα τα δοκίμια), οι διαφορές τους είναι μηδαμινές, ενώ το ίδιο συμβαίνει και για τους κύκλους φόρτισης που ακολουθούν την αστοχία.

234 ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 6.1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΔΟΧΕΣ Όπως αναφέρθηκε και στην παράγραφο 2.6 όπου περιεγράφηκε το μοντέλο συμπεριφοράς ενισχυμένης τοιχοποιίας με TRM, που προτάθηκε από τον Α. Χ. Τριανταφύλλου το 2008, οι βασικές παραδοχές που ισχύουν είναι οι κλασικές αρχές της μηχανικής των υλικών και οι παραδοχές που ισχύουν και για το σκυρόδεμα, προσαρμοσμένες όμως εδώ στα δεδομένα της τοιχοποιίας. Επαναλαμβάνονται εδώ επιγραμματικά, ενώ αναφέρονται και επιπλέον παραδοχές που αφορούν το TRM: Επιπεδότητα διατομών Συμβατότητα των παραμορφώσεων Μηδενική εφελκυστική αντοχή της τοιχοποιίας και του κονιάματος ενίσχυσης Ομοιόμορφη κατανομή του οπλισμού στο μήκος της διατομής Πλήρης συνεργασία μεταξύ ινών και κονιάματος ενίσχυσης (μήτρας) Πιθανές μορφές αστοχίας: (α) Θλιπτική αστοχία τοιχοποιίας ή (β) εφελκυστική αστοχία TRM (πλήρης αποκόλληση ινών ή εξόλκευση ή θραύση ινών) ή (γ) διατμητική αστοχία Αγνόηση ύπαρξης θερμομονωτικών πλακών και κονιάματος επικόλλησής τους Αγνόηση της εκκεντρότητας των ινών στις περιπτώσεις μονόπλευρης ενίσχυσης Ανάληψη ορθών τάσεων λόγω κάμψης μόνο από τις ίνες στη διεύθυνση (1) Ανάληψη διατμητικών τάσεων μόνο από τις ίνες στη διεύθυνση (2). Επεξηγείται στην διπλανή εικόνα: οι κατακόρυφες ίνες λυγίζουν ενώ οι οριζόντιες λειτουργούν εφελκυστικά Για τον έλεγχο σε κάμψη γίνεται υπόθεση καθαρά καμπτικής συμπεριφοράς του στοιχείου ενώ για τον έλεγχο σε διάτμηση γίνεται η υπόθεση ότι υπάρχει καθαρά διατμητική συμπεριφορά. Με αυτό τον τρόπο αγνοούνται φαινόμενα όπως λειτουργία θόλου ή διαγώνιου

235 θλιπτήρα, καθώς και η αλληλεπίδραση των ορθών και διατμητικών τάσεων στην τελική αντοχή του στοιχείου. Το μοντέλο αυτό, δεν λαμβάνει υπόψη εάν ο μανδύας του ΙΑΜ βρίσκεται εσωτερικά (σε επαφή με την τοιχοποιία) ή εξωτερικά (επί της τοιχοποιίας εφάπτεται το θερμομονωτικό υλικό), καθώς θα θεωρηθεί πλήρης μεταφορά των τάσεων από την τοιχοποιία στο μανδύα ενίσχυσης δια μέσου του θερμομονωτικού υλικού. Άλλωστε αναφέρθηκε και παραπάνω ότι η ύπαρξη των θερμομονωτικών πλακών αγνοείται. Λαμβάνεται, όμως, υπόψη εάν η στρώση του ΙΑΜ περιέχει μια ή δύο στρώσεις πλέγματος, αφού από τις δοκιμές εφελκυσμού βρέθηκε διαφορετική συμπεριφορά, παρά το γεγονός ότι ο συνολικός όγκος ινών είναι ο ίδιος στις δύο περιπτώσεις. Κατά συνέπεια, γίνεται διαφορετική ανάλυση για τα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση, όπου υπάρχουν δύο μονές στρώσεις ΙΑΜ, και διαφορετική για τα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση, όπου υπάρχει μια διπλή στρώση ΙΑΜ. Επομένως: για τα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση λαμβάνονται υπόψη δύο στρώσεις TRM πάχους 5mm, με τις ιδιότητες του TRM με μονή στρώση πλέγματος, ενώ για τα δοκίμια με μονόπλευρο μανδύα λαμβάνεται υπόψη μια στρώση TRM πάχους 8mm, με τις ιδιότητες του TRM με διπλή στρώση πλέγματος. 6.2 ΤΡΟΠΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΠΡΟΣΟΜΟΊΩΜΑ ΚΑΜΠΤΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ Στην παράγραφο 2.6 της παρούσας εργασίας παρουσιάστηκαν τα μοντέλα συμπεριφοράς σε κάμψη και διάτμηση που έχουν προταθεί από τον A. X. Τριανταφύλλου για τοιχοποιία ενισχυμένη με Ινοπλέγματα σε Ανόργανη Μήτρα. Όσον αφορά το μοντέλο συμπεριφοράς σε κάμψη, επισημαίνεται ότι καθώς το μοντέλο αυτό προτάθηκε για ενισχύσεις φέρουσας τοιχοποιίας όπου το πάχος των τοίχων είναι μεγάλο σε σχέση με τη στρώση του TRM, η συμβολή του κονιάματος μήτρας του ΙΑΜ αγνοείται αφού το πάχος του είναι πολύ μικρό και επομένως η επιρροή του είναι αμελητέα. Στην παρούσα εργασία, τα δοκίμια τοιχοποιίας που εξετάστηκαν στην πειραματική διαδικασία, έχουν πάχος μόλις 85 mm ενώ το πάχος της στρώσης του TRM είναι της τάξης των 5-8 mm. Η διαφορά αυτή δεν είναι

236 τόσο σημαντική όσο θα ήταν σε ένα δοκίμιο φέρουσας τοιχοποιίας όπου το πάχος του θα ήταν τουλάχιστον 250 mm. Επομένως, εδώ κρίνεται σημαντικό να χρησιμοποιηθεί μια τροποποίηση του μοντέλου συμπεριφοράς της οπλισμένης τοιχοποιίας σε κάμψη. Η τροποποίηση θα γίνει με σκοπό να ληφθεί υπόψη η συμβολή του κονιάματος ενίσχυσης στη θλιπτική αντοχή του δοκιμίου. Οι λοιπές παραδοχές είναι οι ίδιες με το μοντέλο της παραγράφου 2.6 και η εξαγωγή των εξισώσεων που θα χρησιμοποιηθούν στηρίζεται στην ανάλυση διατομής. Στο επόμενο σχήμα (Σχ. 6.2) περιγράφεται μια ενδεικτική διατομή βάσει της οποίας γίνεται η ανάλυση και δίνονται τα πιθανά προφίλ παραμορφώσεων και των αντίστοιχων τάσεων. Σημειώνεται ότι η ανάλυση γίνεται για τις περιπτώσεις που θεωρείται αστοχία της διατομής σε κάμψη, δηλαδή θραύση της τοιχοποιίας σε θλίψη ή θραύση του TRM σε εφελκυσμό. Αν και η εξιδανικευμένη καμπύλη τάσης παραμόρφωσης της τοιχοποιίας είναι παραβολική, η κατανομή των τάσεων θεωρείται ορθογωνική. Για τη θεώρηση αυτή υπεισέρχονται οι συντελεστές k1 και k2 που δόθηκαν στις εξισώσεις (2.35) και (2.36). Η κατανομή των ορθών τάσεων του κονιάματος θεωρείται γραμμική με βάση την εξιδανικευμένη καμπύλη τάσης παραμόρφωσής του. Τέλος, η κατανομή των τάσεων του TRM θεωρείται γραμμική εάν η παραμόρφωση βρίσκεται στον πρώτο κλάδο της εξιδανικευμένης, τριγραμμικής, καμπύλης τάσης παραμόρφωσης, τραπεζοειδής εάν η παραμόρφωση βρίσκεται στον δεύτερο (οριζόντιο) κλάδο της καμπύλης ή γραμμική (κατά προσέγγιση) εάν η παραμόρφωση βρίσκεται στον τρίτο κλάδο της καμπύλης. Στα επόμενα σχήματα δίνονται οι εξιδανικευμένες σχέσεις τάσης παραμόρφωσης των υλικών και η ανάλυση διατομής με βάση τα υλικά αυτά: (α) Τοιχοποιία (β) Κονίαμα ενίσχυσης

237 (γ) TRM Σχήμα 6.1 Γενική μορφή σχέσεων τάσης παραμόρφωσης για τα υλικά του δοκιμίου αν ε2 ε t 1 ή ε2 ε t 2 αν ε t 1 ε2 ε t 2 Σχήμα 6.2 Ανάλυση διατομής τοιχοποιίας ενισχυμένης με δύο στρώσεις TRM (n = 2)

238 Για κάθε περίπτωση που εξετάζεται θα ισχύουν οι δύο ακόλουθες εξισώσεις που εκφράζουν την ισορροπία των δυνάμεων επί της διατομής και την αρχή του συμβιβαστού των παραμορφώσεων: C C T N w m (6.1) ε1 ε 2 (6.2) x L x Επαναλαμβάνονται, επίσης, οι εξισώσεις (2.35) και (2.36) που αφορούν τους συντελεστές k1 και k2 για τις τάσεις στην τοιχοποιία (βλ. παράγραφο 2.6): w 0.5 w, άν εw εw1 12 k1 2 1, άν ε ε ε 3000 w w1 w wu w, άν εw εw1 4( w) k w(3000 w 4) 2, άν ε ε ε 2000 w(3000 w 2) w1 w wu Για την εύρεση της ροπής αντοχής της διατομής, εξετάζονται ξεχωριστά οι δύο πιθανές μορφές αστοχίας: (n: αριθμός στρώσεων μανδύα TRM) Περίπτωση (1): Αστοχία TRM λόγω θραύσης ινών Σε αυτή την περίπτωση θα ισχύει για το TRM ότι: ε2 = εtu > εt2 και σt = ft άρα τριγωνικό προφίλ τάσεων στο TRM (με μέτρο ελαστικότητας Et), ενώ για την τοιχοποιία θα ισχύει ότι: ε1<εwu Από την εξίσωση (6.2) προκύπτει ότι: ε 2 x ε1 x ε tu L x L x Από τις εξισώσεις (2.35) και (2.36) βρίσκονται τα k1 και k2 (υποθέτοντας τη σχέση μεταξύ των ε1 και εw1 η οποία στη συνέχεια θα επαληθευτεί ή θα απορριφθεί και θα γίνει υπόθεση για την εναλλακτική περίπτωση). Οι τάσεις και οι δυνάμεις στο κάθε υλικό, δίνονται από τις σχέσεις: σw = k1fwc (6.4) Cw = σw x tw (6.5) (6.3)

239 σm = ε1εm (6.6) Cm = 0.5σm x ntm (6.7) σt = ft (6.8) Ct =0.5σt (L-x)ntt (6.9) Από την εξίσωση (6.1) βρίσκεται η τιμή του ύψους της θλιβόμενης ζώνης (x). Γίνεται έλεγχος των υποθέσεων για τις παραμορφώσεις και εφόσον επαληθεύονται, υπολογίζονται οι μοχλοβραχίονες d των εσωτερικών δυνάμεων Cw, Cm και Τ ως προς το μέσον της διατομής (εκεί όπου ασκείται η αξονική δύναμη Ν). dw = L/2 k2 x (6.10) dm = L/2 x/3 (6.11) dt = L/2 (L x)/3 (6.12) Η ροπή αντοχής θα δίνεται τελικά από τη σχέση: ΜR = Cwdw + Cmdm + T dt (6.13) Περίπτωση (2): Αστοχία τοιχοποιίας σε θλίψη Σε αυτή την περίπτωση θα ισχύει για την τοιχοποιία ότι: ε1 = εwu Από τις εξισώσεις (2.35) και (2.36) βρίσκονται τα k1 και k2. Από την εξίσωση (6.2) προκύπτει ότι: ε ε L x x 2 1 (6.14) Οι θλιπτικές τάσεις και δυνάμεις στην τοιχοποιία και στο κονίαμα ενίσχυσης θα είναι: σw = k1fwc (6.15) Cw = σw x tw (6.16) σm = ε1εm (6.17) Cm = 0.5σm x ntm (6.18) Ενώ για την κατανομή των εφελκυστικών τάσεων στο TRM λαμβάνονται τρεις διαφορετικές περιπτώσεις: ε2 εt1 : τριγωνική κατανομή των τάσεων, μέτρο ελαστικότητας Εt0 σt = Εt0 ε2 (6.19) Ct =0.5σt (L-x)ntt (6.20)

240 εt1 ε2 εt2 : τραπεζοειδής κατανομή των τάσεων L-x+x C= f nt 2 1 t t1 t (6.21) ε2 εt2 : τριγωνική κατανομή των τάσεων, μέτρο ελαστικότητας Εt σt = Εt ε2 (6.22) Ct =0.5σt (L-x)ntt (6.23) Υποτίθετοντας ότι ισχύει μια από τις τρεις αυτές περιπτώσεις, συνεχίζεται η επίλυση. Η ορθότητα της υπόθεσης θα ελεγχθεί στη συνέχεια και αν δεν επαληθεύεται επαναλαμβάνονται τα ακόλουθα βήματα με μια διαφορετική υπόθεση. Οπότε τώρα από την εξίσωση (6.1) υπολογίζεται το ύψος της θλιβόμενης ζώνης, x. Από την εξίσωση (6.14) υπολογίζεται η παραμόρφωση της ακραίας εφελκυόμενης ίνας, ε2. Ελέγχεται αν επαληθεύεται η υπόθεση που έγινε για το ε2. Εφόσον βρεθεί λύση, υπολογίζονται οι μοχλοβραχίονες των εσωτερικών δυνάμεων: dw = L/2 k2 x (6.24) dm = L/2 x/3 (6.25) για τριγωνική κατανομή τάσεων: dt = L/2 (L x)/3 (6.26 α) ή για τραπεζοειδή κατανομή τάσεων: dt = L/2 d1 (6.26 β) Η ροπή αντοχής θα δίνεται τελικά από τη σχέση: ΜR = Cwdw + Cmdm + T dt (6.27) 6.3 ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΤΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΥΛΙΚΩΝ Για λόγους ευκολίας, επαναλαμβάνονται και συγκεντρώνονται εδώ τα δεδομένα που αφορούν τα μηχανικά χαρακτηριστικά των υλικών, όπως αυτά βρέθηκαν στην παράγραφο 4.1. Τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των δοκιμίων αναφέρονται ξεχωριστά στην εκάστοτε παράγραφο όπου εξετάζεται η αντίστοιχη ομάδα δοκιμίων.

241 Τοιχοποιία: (α) παράλληλα στους αρμούς (β) κάθετα στους αρμούς (γ) Κονίαμα ενίσχυσης (μήτρα του TRM) TRM: (δ) μία στρώση πλέγματος (ε) δύο στρώσεις πλέγματος Σχήμα 6.3 Εξιδανικευμένες καμπύλες τάσης παραμόρφωσης υλικών

242 Πίνακας 6.1 Συγκεντρωτικός πίνακας μηχανικών χαρακτηριστικών υλικών Θλιπτική αντοχή Παραμόρφωση διαρροής Παραμόρφωση αστοχίας Μέτρο ελαστικότητας Διατμητική αντοχή Ονομαστικό πάχος ινών Εφελκυστική αντοχή ινών Παραμόρφωση θραύσης ινών Μέτρο ελαστικότητας ινών Θλιπτική αντοχή κονιάματος Μέτρο ελαστικότητας κονιάματος Ονομαστικό πάχος IAM Εφελκυστική αντοχή IAM Παραμόρφωση θραύσης IAM Αρχικό μέτρο ελαστικότητας IAM (για μικρές παραμορφώσεις) σύμβολο τιμή μονάδες σχόλια ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ fwc 3.71 MPa κάθετα στους αρμούς fwc 11 MPa παράλληλα στους αρμούς εw κάθετα στους αρμούς εw παράλληλα στους αρμούς εwu κάθετα στους αρμούς εwu παράλληλα στους αρμούς Εw MPa κάθετα στους αρμούς Ew MPa παράλληλα στους αρμούς τu 0.84 MPa για σ=0 MPa από δοκιμές λοξής θλίψης τu σ MPa από δοκιμές άμεσης διάτμησης ΙΝΟΠΛΕΓΜΑ ΣΕ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΜΗΤΡΑ tf mm διεύθυνση (1) tf mm διεύθυνση (2) f f MPa διεύθυνση (1) f f MPa διεύθυνση (2) ε fu διεύθυνση (1) ε fu διεύθυνση (2) E f MPa f mc 12.0 MPa E m MPa tt1 5 mm μια στρώση πλέγματος tt2 8 mm δύο στρώσεις πλέγματος ft1 9 MPa μια στρώση πλέγματος (t t1 ) ft MPa δύο στρώσεις πλέγματος (t t2 ) εt μια στρώση πλέγματος (t t1 ) εt δύο στρώσεις πλέγματος (t t2) Et MPa μια στρώση πλέγματος (t t1 ) Et MPa δύο στρώσεις πλέγματος (t t2)

243 ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ A Όσον αφορά τον έλεγχο σε κάμψη, η κρίσιμη διατομή των δοκιμίων αυτών είναι η διατομή της βάσης καθώς η συμπεριφορά τους είναι παρόμοια με αυτή υψίκορμης δοκού εν προβόλω. Οι ορθές τάσεις είναι παράλληλες προς την κατακόρυφη διεύθυνση, επομένως μόνο οι κατακόρυφες ίνες λαμβάνονται υπόψη για την αντοχή του δοκιμίου σε κάμψη. Επιπλέον, οι ορθές τάσεις λόγω κάμψης και λόγω αξονικού φορτίου, είναι κάθετες προς τους οριζόντιους αρμούς, άρα λαμβάνεται υπόψη η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας κάθετα προς τους οριζόντιους αρμούς. Όσον αφορά τον έλεγχο σε διάτμηση, η συνεισφορά των κατακόρυφων ινών είναι ελάχιστη και θεωρείται αμελητέα. Επομένως λαμβάνονται υπόψη μόνο οι οριζόντιες ίνες. Σχήμα 6.4 Σκαρίφημα δοκιμίων ομάδας Α: λεπτομέρειες για την ανάλυση Σημειώνεται ότι οι θεωρητικές διαστάσεις των δοκιμίων ήταν 1000mm x 1300mm αλλά αυτές ξαναμετρήθηκαν πριν την εκτέλεση των δοκιμών. Λόγω ατελειών στο κτίσιμο, το μέσο πλάτος τους βρέθηκε 980 mm αντί για 1000 mm, ενώ το καθαρό ύψος μετρήθηκε ίσο με 1180 mm, καθότι ένα τμήμα του δοκιμίου βρίσκεται εντός της διάταξης πάκτωσης στη βάση, επομένως δεν λαμβάνεται υπόψη.

244 ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΚΑΜΨΗ Εφαρμόζεται η μεθοδολογία που περιγράφεται με τις εξισώσεις (6.1) έως (6.27), ξεχωριστά για τα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση και για τα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση (βλ. παράγραφο 6.1) και εξάγονται τα εξής αποτελέσματα για την καμπτική αντοχή τους: Πίνακας 6.2 Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Α σε έλεγχο κάμψης ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Α μέγιστη παραμόρφωση τοιχοποιίας μέγιστη παραμόρφωση TRM ύψος θλιβόμενης ζώνης ροπή αντοχής Μορφή αστοχίας ε 1 ε 2 x (mm) Μ Rd (knm) αμφίπλευρη ενίσχυση Α_1iMi1 A_i1M1i θλίψη τοιχοποιίας μονόπλευρη ενίσχυση A_Mii2 A_M2ii θλίψη τοιχοποιίας ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΔΙΑΤΜΗΣΗ Με εφαρμογή των εξισώσεων (2.37) έως (2.43) υπολογίζεται η διατμητική αντοχή του δοκιμίου ενώ γίνεται και μια εκτίμηση της ενεργού τάσης των ινών τη στιγμή της πιθανής διατμητικής αστοχίας. Πίνακας 6.3 Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Α σε έλεγχο διάτμησης ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Α αμφίπλευρη ενίσχυση μονόπλευρη ενίσχυση Α_1iMi1 A_i1M1i A_Mii2 A_M2ii Μέγιστη διατμητική δύναμη εξ.(2.40) Διατμητική δύναμη που παραλαμβάνει η τοιχοποιία εξ. (2.38) Διατμητική δύναμη που παραλαμβανει το TRM εξ. (2.39) Διατμητική δύναμη ενισχυμένου στοιχείου εξ. (2.37) Ενεργός τάση ινών κατά τη διατμητική αστοχία εξ. (2.43) VR,max (kn) Vm (kν) Vt (kn) VR (kn) σe (MPa)

245 ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ B Όσον αφορά τον έλεγχο σε κάμψη, η κρίσιμη διατομή των δοκιμίων αυτών είναι η μεσαία διατομή καθώς η συμπεριφορά τους είναι παρόμοια με αυτή αμφιέρειστης δοκού. Οι ορθές τάσεις είναι παράλληλες προς την οριζόντια διεύθυνση, επομένως μόνο οι οριζόντιες ίνες λαμβάνονται υπόψη για την αντοχή του δοκιμίου σε κάμψη. Λόγω στροφής του δοκιμίου στην πειραματική διάταξη, οι οριζόντιοι αρμοί της τοιχοποιίας είναι σε κατακόρυφοι διεύθυνση. Επιπλέον, οι ορθές τάσεις λόγω κάμψης και λόγω αξονικού φορτίου, είναι κάθετες προς τους αρμούς αυτούς, άρα λαμβάνεται υπόψη η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας κάθετα προς τους οριζόντιους αρμούς. Όσον αφορά τον έλεγχο σε διάτμηση, η συνεισφορά των οριζόντιων ινών είναι ελάχιστη και θεωρείται αμελητέα. Επομένως λαμβάνονται υπόψη μόνο οι κατακόρυφες ίνες. Σχήμα 6.5 Σκαρίφημα δοκιμίων ομάδας Β: λεπτομέρειες για την ανάλυση Σημειώνεται ότι οι θεωρητικές διαστάσεις των δοκιμίων ήταν 1300mm x 400mm αλλά αυτές ξαναμετρήθηκαν πριν την εκτέλεση των δοκιμών. Λόγω της τοποθέτησης των αρθρώσεων στα άκρα, το καθαρό μήκος μετρήθηκε ίσο με 1150 mm.

246 ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΚΑΜΨΗ Εφαρμόζεται η μεθοδολογία που περιγράφεται με τις εξισώσεις (6.1) έως (6.27), ξεχωριστά για τα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση και για τα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση (βλ. παράγραφο 6.1) και εξάγονται τα εξής αποτελέσματα για την καμπτική αντοχή τους: Πίνακας 6.4 Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Β σε έλεγχο κάμψης ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ B μέγιστη παραμόρφωση τοιχοποιίας μέγιστη παραμόρφωση TRM ύψος θλιβόμενης ζώνης ροπή αντοχής Μορφή αστοχίας ε 1 ε 2 x (mm) Μ Rd (knm) αμφίπλευρη ενίσχυση B_1iMi1 B_i1M1i θλίψη τοιχοποιίας μονόπλευρη ενίσχυση B_Mii2 B_M2ii θλίψη τοιχοποιίας ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΔΙΑΤΜΗΣΗ Με εφαρμογή των εξισώσεων (2.37) έως (2.43) υπολογίζεται η διατμητική αντοχή του δοκιμίου ενώ γίνεται και μια εκτίμηση της ενεργού τάσης των ινών τη στιγμή της πιθανής διατμητικής αστοχίας. Πίνακας 6.5 Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων Β σε έλεγχο διάτμησης ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ B αμφίπλευρη ενίσχυση μονόπλευρη ενίσχυση B_1iMi1 B_i1M1i B_Mii2 B_M2ii Μέγιστη διατμητική δύναμη εξ.(2.40) Διατμητική δύναμη που παραλαμβάνει η τοιχοποιία εξ. (2.38) Διατμητική δύναμη που παραλαμβανει το TRM εξ. (2.39) Διατμητική δύναμη ενισχυμένου στοιχείου εξ. (2.37) Ενεργός τάση ινών κατά τη διατμητική αστοχία εξ. (2.43) VR,max (kn) Vm (kν) Vt (kn) VR (kn) σe (MPa)

247 ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ C Όσον αφορά τον έλεγχο σε κάμψη, η κρίσιμη διατομή των δοκιμίων αυτών είναι η μεσαία διατομή καθώς η συμπεριφορά τους είναι παρόμοια με αυτή αμφιέρειστης δοκού. Οι ορθές τάσεις είναι παράλληλες προς την οριζόντια διεύθυνση, επομένως μόνο οι οριζόντιες ίνες λαμβάνονται υπόψη για την αντοχή του δοκιμίου σε κάμψη. Επιπλέον, οι ορθές τάσεις λόγω κάμψης, είναι παράλληλες προς τους οριζόντιους αρμούς, άρα λαμβάνεται υπόψη η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας παράλληλα προς τους οριζόντιους αρμούς. Όσον αφορά τον έλεγχο σε διάτμηση, η συνεισφορά των οριζόντιων ινών είναι ελάχιστη και θεωρείται αμελητέα. Επομένως λαμβάνονται υπόψη μόνο οι κατακόρυφες ίνες. Σχήμα 6.6 Σκαρίφημα δοκιμίων ομάδας C: λεπτομέρειες για την ανάλυση Σημειώνεται ότι οι θεωρητικές διαστάσεις των δοκιμίων ήταν 1300mm x 400mm αλλά αυτές ξαναμετρήθηκαν πριν την εκτέλεση των δοκιμών. Λόγω της τοποθέτησης των αρθρώσεων στα άκρα, το καθαρό μήκος μετρήθηκε ίσο με 1150 mm.

248 ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΚΑΜΨΗ Εφαρμόζεται η μεθοδολογία που περιγράφεται με τις εξισώσεις (6.1) έως (6.27), ξεχωριστά για τα δοκίμια με αμφίπλευρη ενίσχυση και για τα δοκίμια με μονόπλευρη ενίσχυση (βλ. παράγραφο 6.1) και εξάγονται τα εξής αποτελέσματα για την καμπτική αντοχή τους: Πίνακας 6.6 Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων C σε έλεγχο κάμψης ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ C αμφίπλευρη ενίσχυση μονόπλευρη ενίσχυση C_1iMi1 C_i1M1i C_Mii2 C_M2ii μέγιστη παραμόρφωση τοιχοποιίας μέγιστη παραμόρφωση TRM ύψος θλιβόμενης ζώνης ροπή αντοχής ε 1 ε 2 x (mm) Μ Rd (knm) Μορφή αστοχίας θραύση ινών θραύση ινών ΕΛΕΓΧΟΣ ΣΕ ΔΙΑΤΜΗΣΗ Με εφαρμογή των εξισώσεων (2.37) έως (2.43) υπολογίζεται η διατμητική αντοχή του δοκιμίου ενώ γίνεται και μια εκτίμηση της ενεργού τάσης των ινών τη στιγμή της πιθανής διατμητικής αστοχίας. Πίνακας 6.7 Αποτελέσματα ανάλυσης δοκιμίων C σε έλεγχο διάτμησης ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ C αμφίπλευρη ενίσχυση μονόπλευρη ενίσχυση C_1iMi1 C_i1M1i C_Mii2 C_M2ii Μέγιστη διατμητική δύναμη εξ.(2.40) Διατμητική δύναμη που παραλαμβάνει η τοιχοποιία εξ. (2.38) Διατμητική δύναμη που παραλαμβανει το TRM εξ. (2.39) Διατμητική δύναμη ενισχυμένου στοιχείου εξ. (2.37) Ενεργός τάση ινών κατά τη διατμητική αστοχία εξ. (2.43) VR,max (kn) Vm (kν) Vt (kn) VR (kn) σe (MPa)

249 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΩΝ ΤΙΜΩΝ ΜΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΕΣ Στον παρακάτω πίνακα γίνεται σύγκριση των θεωρητικών τιμών για τις ροπές αντοχής που υπολογίστηκαν για τα δοκίμια στην προηγούμενη παράγραφο, με τις ροπές αντοχής που προσδιορίστηκαν από την πειραματική διαδικασία. Πίνακας 6.8 Σύγκριση θεωρητικής και πειραματικής αστοχίας σε κάμψη ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ A Ροπές Αντοχής Σύγκριση τιμών Πειραματικά Θεωρητικά Δοκίμιο Διαφορά θεωρητικής τιμή τιμή τιμής από την μορφή αστοχίας μορφή αστοχίας (knm) (knm) πειραματική (%) A_i1M1i 36.0 θραύση TRM 39% 21.8 θραύση τοιχοποιίας A_1iMi θραύση TRM 47% A_M2ii 39.1 θραύση τοιχοποιίας 43% 22.1 θραύση τοιχοποιίας A_Mii θραύση τοιχοποιίας 47% ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ Β Ροπές Αντοχής Σύγκριση τιμών Πειραματικά Θεωρητικά Δοκίμιο Διαφορά τιμή τιμή θεωρητικής τιμής από μορφή αστοχίας μορφή αστοχίας (knm) (knm) την πειραματική (%) B_i1M1i 9.4 θραύση TRM 168% 3.5 θραύση τοιχοποιίας B_1iMi1 9.5 θραύση TRM 171% B_M2ii 8.9 θραύση TRM 95% 4.6 θραύση τοιχοποιίας B_Mii2 7.8 θραύση τοιχοποιίας 71% ΔΟΚΙΜΙΑ ΟΜΑΔΑΣ C Ροπές Αντοχής Σύγκριση τιμών Πειραματικά Θεωρητικά Δοκίμιο Διαφορά τιμή τιμή θεωρητικής τιμής από μορφή αστοχίας μορφή αστοχίας (knm) (knm) την πειραματική (%) C_i1M1i 5.1 θραύση TRM 15% 4.45 θραύση TRM C_1iMi1 7.4 θραύση TRM 66% C_M2ii 5.8 θραύση TRM 62% 3.58 θραύση TRM C_Mii2 7.0 κάμψη εκτός επιπέδου 96%

250 Από τον πίνακα 6.8 παρατηρείται ότι σε όλες τις ομάδες δοκιμίων υπάρχουν μεγάλες αποκλίσεις μεταξύ των πειραματικών τιμών και των τιμών που υπολογίστηκαν από την αναλυτική διαδικασία. Οι αποκλίσεις αυτές οφείλονται σε διάφορους παράγοντες που αφορούν τις απλοποιητικές παραδοχές της ανάλυσης, τη μηχανική συμπεριφορά των υλικών και τη στατική συμπεριφορά των δοκιμίων. Οι μεγάλες αποκλίσεις στη μηχανική συμπεριφορά της τοιχοποιίας, σε συνδυασμό με τη συμπεριφορά των δοκιμίων, είναι ένας παράγοντας αβεβαιότητας για τα αποτελέσματα του αναλυτικού προσομοιώματος. Παραδείγματος χάριν, από την ανάλυση προκύπτει ότι η θλιβόμενη ζώνη λόγω κάμψης των δοκιμίων είναι της τάξης των 20 mm mm, ανάλογα με τον τύπο του δοκιμίου. Δηλαδή είναι το πολύ ίση με το μήκος ενός λιθοσώματος με συνέπεια η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας να εξαρτάται από την θλιπτική αντοχή του λιθοσώματος και όχι της τοιχοποιίας αυτής καθαυτής. Η θλιπτική αντοχή των τοιχοσωμάτων φυσικά διαφέρει από την αντοχή της τοιχοποιίας, η οποία λαμβάνεται υπόψη στην ανάλυση, ενώ ταυτόχρονα χαρακτηρίζεται από σχετικά μεγάλη διασπορά. Ο σημαντικότερος, ωστόσο, παράγοντας είναι η υπόθεση της καθαρά καμπτικής συμπεριφοράς των δοκιμίων που εξετάζονται και με βάση την οποία γίνεται ο έλεγχος κάμψης. Στα δοκίμια ομάδας Α, αυτή η υπόθεση είναι αρκετά εσφαλμένη καθότι ο λόγος διάτμησης as= Μ/(V*L) έχει τιμή κοντά στη μονάδα αφού η ροπή κάμψης στη βάση ισούται με P*h ενώ η τέμνουσα δύναμη ισούται με P, όπου P είναι η οριζόντια δύναμη στην κορυφή του δοκιμίου, L = 980 mm είναι το μήκος του δοκιμίου και h = 1180 mm είναι το καθαρό ύψος του. Επομένως ο λόγος as ταυτίζεται με το λόγο πλευρών του δοκιμίου και ισούται με h/l = 1180/980 = Όπως έχει αναφερθεί και στην παράγραφο 2.5.2, τοίχος με λόγο διάτμησης μικρότερο του 1.00 οδηγεί σε διατμητική συμπεριφορά, τοίχος με λόγο διάτμησης μεγαλύτερο από 2.00 οδηγεί σε καμπτική συμπεριφορά, ενώ τοίχος με λόγο διάτμησης μεταξύ 1.00 και 2.00 χαρακτηρίζεται τόσο από καμπτική όσο και από διατμητική (μεικτή) συμπεριφορά. Στην περίπτωση, λοιπόν, των δοκιμίων ομάδας Α αναμένεται συμπεριφορά που τείνει περισσότερο προς τη διατμητική, ενώ όμως η διατμητική αντοχή του ενισχυμένου δοκιμίου είναι πολύ μεγαλύτερη από την ασκούμενη τέμνουσα κατά την δοκιμή. Παρατηρήθηκαν επομένως καμπτικής μορφής αστοχίες αλλά ο μηχανισμός μεταφοράς και των τάσεων προς την πάκτωση του δοκιμίου διαφέρει από την καθαρά καμπτική συμπεριφορά. Η καθαρά καμπτική συμπεριφορά χαρακτηρίζει ένα γραμμικό μέλος. Σε ένα δοκίμιο περίπου ίσων διαστάσεων (λόγος ύψους προς μήκος περίπου ίσος με τη

251 μονάδα) είναι έντονο το φαινόμενο μεταφοράς των τάσεων μέσω του μηχανισμού ανάπτυξης του λοξού θλιπτήρα στο σώμα του δοκιμίου. Έτσι, μέρος της οριζόντιας δύναμης που ασκείται στην κορυφή, μεταφέρεται μέσω αυτού του θλιπτήρα, απευθείας στη βάση του δοκιμίου υπό μορφή ορθών και διατμητικών τάσεων. Καθώς όμως η θλιπτική και η διατμητική αντοχή του δοκιμίου είναι αρκετά υψηλές, η λειτουργία του θλιπτήρα τελικά ελαφρύνει την καταπόνηση του δοκιμίου αφού δεν κινδυνεύει να αστοχήσει από την μεταφορά των τάσεων αυτών. Ο συνδυασμός των τάσεων αυτών με τις τάσεις λόγω της κάμψης, είναι τελικά αυτός που οδηγεί το δοκίμιο σε αστοχία. Τα παραπάνω διακρίνονται και στο ακόλουθο σχήμα: Σχήμα 6.7 Μεταφορά τάσεων μέσω μηχανισμού λοξού θλιπτήρα σε δοκίμιο τοιχοποιίας υπό πλευρική φόρτιση Το γεγονός λοιπόν ότι η λειτουργία λοξού θλιπτήρα οδηγεί σε μεταφορά μέρους της οριζόντιας δύναμης στην κορυφή απευθείας στη βάση μέσω του μηχανισμού αυτού, οδηγεί σε υποτίμηση της μέγιστης δύναμης που μπορεί να παραλάβει το δοκίμιο λαμβάνοντας υπόψη μόνο καμπτική συμπεριφορά. Αυτή είναι η βασικότερη αιτία που παρατηρούνται σημαντικά μικρότερες τιμές της θεωρητικής τιμής από την πειραματική, στον πίνακα 6.8, για τα δοκίμια ομάδας Α. Όσον αφορά τα δοκίμια ομάδας Β και C, εκεί λαμβάνει χώρα το φαινόμενο της λειτουργίας θόλου. Σε αυτά τα δοκίμια, όπου είναι αμφιέρειστα και γίνεται δοκιμή κάμψης τριών σημείων, ο λόγος διάτμησης υπολογίζεται ως εξής (L = 1150 mm και h = 400 mm): a s M P/2 1/2 1.4 V h PL/ 4 h 1150 / 4 400

252 Αναμένεται κι εδώ λοιπόν μια μεικτή (καμπτοδιατμητική) συμπεριφορά. Ωστόσο, το μεγάλο ύψος του δοκιμίου συντελεί στη μεταφορά τάσεων μέσω του μηχανισμού που αναπαριστάται στο επόμενο σχήμα, όπου οι κόκκινες περιοχές απεικονίζουν τις τάσεις που μεταφέρονται από το σημείο όπου ασκείται το φορτίο P απευθείας στις στηρίξεις της δοκού. Σχήμα 6.8 Μεταφορά τάσεων σε υψίκορμη δοκό μέσω λειτουργίας θόλου Και σε αυτή την περίπτωση, καθότι μέρος του φορτίου μεταφέρεται απευθείας στις στηρίξεις, η συμπεριφορά του στοιχείου αυτού είναι ευμενέστερη από μια δοκό μικρότερου ύψους με καθαρά καμπτική συμπεριφορά, υπό την προϋπόθεση ότι η διατμητική αντοχή του είναι επαρκής ώστε να μην αστοχήσει λόγω τέμνουσας. Η λειτουργία θόλου είναι πιο έντονη όταν υπάρχει και θλιπτικό φορτίο κατά τον άξονα του μέλους.