ΟΜΑΔΑ ΟΑΣΠ ΑΘΗΝΑΣ & ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ

Transcript

1 ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΣ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΟΜΑΔΑ ΟΑΣΠ ΑΘΗΝΑΣ & ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗ ΤΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ ΣΥΝΤΑΞΗΣ ΤΟΥ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΥ ΓΙΑ ΑΠΟΤΙΜΗΣΗ ΚΑΙ ΔΟΜΗΤΙΚΕΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΙΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ (Κ.Α.Δ.Ε.Τ.) ΜΕΡΟΣ Α Ανασκόπηση Διεθνούς Βιβλιογραφίας για την Απόκριση Άοπλων Τοιχοποιιών υπό Εκτός Επιπέδου Φόρτιση ΜΕΡΟΣ Β Προς μία Ορθολογική Εκτίμηση Σεισμικών Φορτίων Κατασκευών από Φέρουσα Τοιχοποιία με συνεκτίμηση της ικανότητάς τους για απόσβεση της σεισμικής ενέργειας ΜΕΡΟΣ Γ Ανασκόπηση Διεθνούς Βιβλιογραφίας για την Απόκριση Άοπλων Τοιχοποιιών υπό Εντός Επιπέδου Φόρτιση (Υπό επεξεργασία) Θεσσαλονίκη, Ιανουάριος 2013

2 ΜΕΡΟΣ Α Ανασκόπηση Διεθνούς Βιβλιογραφίας για την Απόκριση Άοπλων Τοιχοποιιών υπό Εκτός Επιπέδου Φόρτιση Στόχος της παρούσας βιβλιογραφικής έρευνας είναι να διερευνήσει τον τρόπο αντιμετώπισης του προβλήματος της απόκρισης των άοπλων τοιχοποιιών για εκτός επιπέδου φόρτισης και να αποτελέσει ένα πρώτο βήμα για την σύνταξη του σχετικού κεφαλαίου του ΚΑ.Δ.Ε.Τ. Η ανασκόπηση γίνεται με αύξουσα χρονολογική σειρά. Η εκτός επιπέδου φόρτιση των τοιχοποιιών σε κτίρια από άοπλη φέρουσα τοιχοποιία αποτέλεσε πεδίο έρευνας από την δεκαετία του 1980 και έπειτα. Είχε γίνει κατανοητό ότι η εκτός επιπέδου καταπόνηση των τοιχοποιιών ήταν ένα σύνθετο φαινόμενο. Κατά τον Priestley (1985), ορίζεται ότι η σεισμική ενέργεια σε ένα κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία ακολουθεί την πιο κάτω διαδρομή. Σχήμα 1. Διαδρομή σεισμικής ενέργειας σε κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία. Στην εργασία αυτή αναφέρεται ότι είναι πιθανότερη η εκτός επιπέδου αστοχία σε τοίχους των ανώτερων ορόφων λόγω της μείωσης της τιμής της αξονικής φόρτισης. Οι συνθήκες κατά την εκτός επιπέδου αστοχία σύμφωνα με την πιο πάνω εργασίας δίνονται στο σχήμα που ακολουθεί. Σχήμα 2. Συνθήκες κατά την εκτός επιπέδου αστοχία φερουσών άοπλων τοιχοποιιών Οι διάφορες φάσεις κατά την εκτός επιπέδου φόρτιση τοιχοποιιών από την ρηγμάτωση μέχρι την αστοχία δίνεται στο πιο κάτω σχήμα 3.

3 Σχήμα 3. Ροπές και καμπυλότητες στο κέντρο τοιχοποιιών, κατά την εκτός επιπέδου φόρτιση. Το κύριο συμπέρασμα στην εργασία αυτή είναι ότι οι ανώτεροι όροφοι σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία έχουν γενικά χαμηλότερη αντοχή σε εκτός επιπέδου φόρτιση. Στην εργασία των Tomazevic et. al. (1996), δοκιμάζεται η αποτροπή της εκτός επιπέδου ανατροπής άοπλων τοιχοποιιών με την χρήση οριζόντιων ελκυστήρων. Σχήμα 4. Μοντέλο C (αριστερά) και μοντέλο D (δεξιά) Βρέθηκε ότι οι διαγώνιοι ελκυστήρες αποτρέπουν την πρόωρη εκτός επιπέδου αστοχία των τοιχοποιιών και μάλιστα με την χρήση τους απαιτήθηκε 2.5 φορές περισσότερη σεισμική ενέργεια για να προκληθεί αστοχία των μοντέλων (με ελκυστήρες) σε σχέση με το μοντέλο χωρίς ελκυστήρες και με ξύλινα πατώματα. Για τους ελκυστήρες δίνεται η πιο κάτω σχέση (D min : ελάχιστη διάμετρος):

4 Η απόκριση των τοιχοποιιών σε εκτός επιπέδου αστοχία διερευνήθηκε και από τους Felice και Giannini σε εργασία του Στην εργασία αυτή ορίζεται ότι η εκτός επιπέδου αστοχία των τοιχοποιιών συμβαίνει με απόσπαση τμήματος από τους εγκάρσιους τοίχους σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα. Το εγκάρσιο τμήμα μπορεί να είναι από μηδενικού μήκους (μηχανισμός Ι) έως κάποιου μήκους (μηχανισμός ΙΙ). Σχήμα 5. Πιθανοί τύποι αστοχίας τοίχων κατά την εγκάρσια φόρτιση

5 Όπου για τους συμβολισμούς α=(c.f/2α)^0.5 c,α διαστάσεις τούβλων (σχήμα 5b), f τριβή στους αρμούς. β=c/b, b=πάχος τοίχου που φορτίζεται εκτός επιπέδου. ρ=l/s, l= μήκος τοίχου που φορτίζεται εκτός επιπέδου, s=πάχος εγκάρσιου τοίχου. λ=h/b πηλίκο του τμήματος ύψους του αποσπασμένου τοίχου που φορτίζεται εκτός επιπέδου προς το πάχος του. Σχήμα 8. Σύγκριση μεταξύ στατικής και δυναμικής ανάλυσης Στο σχήμα 8, η στατική ανάλυση αναπαρίσταται με την α g και η δυναμική ανάλυση αναπαρίσταται με το πηλίκο v g /σ. Το πηλίκο (v g /α g )/σ έχει τιμές όταν γίνεται ανάλυση με το διακριτό προσομοίωμα και τιμές όταν εφαρμόζεται ο απλοποιημένος μηχανισμός που θεωρείται σε αυτή την εργασία (σχήμα 5). Και οι δύο μέθοδοι δίνουν γενικώς μεγαλύτερη αντοχή στους τοίχους που υπόκεινται σε εκτός επιπέδου φόρτιση, υπό σεισμική διέγερση από την περίπτωση κατά την οποία οι δυνάμεις εφαρμόζονται στατικά. Στην εργασία των Doherty, Griffith et al. (2002) ορίζονται οι πιο κάτω περιπτώσεις στήριξης τοίχων που φορτίζονται εκτός επιπέδου.

6 Σχήμα 9. Τύποι στήριξης τοίχων άοπλης τοιχοποιίας για εκτός επιπέδου φόρτιση Το τριγραμμικό μοντέλο απόκρισης των τοίχων για εκτός επιπέδου κάμψη των τοίχων δίνεται στο πιο κάτω σχήμα στην εργασία των Lam, Griffith et al. (2003). Σχήμα 10. Διγραμμικό και τριγραμμικό μοντέλο για εκτός επιπέδου φόρτιση τοίχων.

7 ψ= το πηλίκο του συνολικού φορτίου του τοίχου πάνω από το μέσον του προς το ίδιο βάρος του τοίχου πάνω από το μέσον του. Στην εργασία των Griffith et al. το 2004 προτείνεται η μεθοδολογία για την μετάβαση από το τριγραμμικό μοντέλο απόκρισης τοιχοποιίας για εκτός επιπέδου φόρτιση στον υποκατάστατο μονοβάθμιο ταλαντωτή, σύμφωνα με το πιο κάτω σχήμα. Σχήμα 11. Από το τριγραμμικό μοντέλο στο υποκατάστατο προσομοίωμα του τοίχου που φορτίζεται εκτός επιπέδου.

8 Στην εργασία των D Ayala και Speranza (2003) ορίζονται οι πιο κάτω περιπτώσεις εκτός επιπέδου αστοχίας τοίχων. Σχήμα 12. Γεωμετρικές παράμετροι και εφαρμοζόμενες φορτίσεις για μηχανισμούς ανατροπής τοίχων από άοπλη τοιχοποιία. Για την εκτός επιπέδου αστοχία των τοίχων ο συντελεστής των φορτίων αστοχίας έχει την γενική μορφή που δίνεται πιο κάτω.

9

10 Ο αναγνώστης θα πρέπει να μελετήσει το πλήρες άρθρο για την πλήρη κατανόηση των τρόπων αστοχίας. Το πλήρες άρθρο είναι διαθέσιμο.

11 Στην εργασία των Griffith et al (2007), γίνονται πειραματικές δοκιμές σε τοίχους που κάμπτονται εκτός επιπέδου σε δύο διευθύνσεις (λειτουργία πλάκας).τα δοκίμια παρουσιάζονται στο σχήμα 13 που ακολουθεί. Οι ιδιότητες των υλικών δίνονται στον πίνακα που ακολουθεί.

12 Από τις πειραματικές δοκιμές προέκυψαν οι βρόχοι υστέρησης των δοκιμίων οι οποίοι δίνονται στα σχήματα που ακολουθούν.

13

14

15

16 Συμπεραίνεται ότι κατά την εκτός επιπέδου φόρτιση των τοιχοποιιών υπάρχουν ικανοποιητικά αποθέματα για μετελαστική απόκριση, η οποία δεν λαμβάνεται υπόψη κατά τους υπολογισμούς με βάση τις μεθόδους δυνάμεων. Η ισοδύναμη απόσβεση βρέθηκε μεταξύ 13 και 18%. Σχετικά με την επίδραση της ασύμμετρης απόκρισης ανά διεύθυνση φόρτισης (διαγώνια τεταρτημόρια των βρόχων υστέρησης), βρέθηκε ότι όταν οι τοίχοι φορτίζονται με μετατόπιση μέχρι το μισό του πάχους τους, η διαφορά στην αντοχή είναι της τάξης του 10% για τα περισσότερα δοκίμια που δοκιμάσθηκαν.

17 Παρόμοιες πειραματικές δοκιμές έγιναν και από τους Kanit και Atimtay το Σχήμα 14. Δοκίμιο τοιχοποιίας και τοίχος αντιστήριξης. Σχήμα 15. Υστερητική απόκριση δοκιμίου κατά την εκτός επιπέδου φόρτισή του. Στις δοκιμές αυτές επαληθεύτηκε ότι κατά την φόρτιση τοιχοποιιών εκτός επιπέδου υπάρχει απόκριση φορτιζόμενης πλάκας. Η υστερητική απόκριση του δοκιμίου κρίθηκε γενικά φτωχή και δεν επαληθεύτηκε ο Τούρκικος Κανονισμός που επιτρέπει συντελεστή συμπεριφοράς 2.5.

18 Οι Popehn et al. το 2008 προσδιόρισαν πειραματικά την καμπύλη φορτίου μετατόπισης στο μέσον του ύψους σε οκτώ δοκίμια τοιχοποιίας. Η πειραματική διάταξη και οι ιδιότητες των υλικών δίνονται στο σχήμα που ακολουθεί: Στα δοκίμια με αργιλικά τούβλα Β1-25, Β2-50, Β3-70 και Β ασκήθηκε αξονική προφόρτιση 111kN (25kips), 222kN (50kips), 311kN (70kips) και 371kN (83.5kips) αντίστοιχα. Η αξονική προφόρτιση αντιπροσωπεύει το 19%, 37%, 52% και 76% του κρίσιμου αξονικού φορτίου αστοχίας κατά Euler. Στα δοκίμια με τούβλα σκυυροδέματος C1, C2, C3 και C4 ασκήθηκε αξονική προφόρτιση 66.7kN (15kips), 133kN (30kips), 222kN (50kips) και 334kN (75kips) αντίστοιχα. Η αξονική προφόρτιση αντιπροσωπεύει το 13%, 26%, 43% και 64% του κρίσιμου αξονικού φορτίου αστοχίας κατά Euler. Διαγράμματα από τις πειραματικές δοκιμές και η αναλυτική προσέγγισή τους δίνεται στα σχήματα που ακολουθούν.

19

20 Συμπεραίνεται ότι, υπό την οριζόντια φόρτιση που ασκήθηκε, τα δοκίμια ανέπτυξαν ρηγμάτωση στο μέσον τους και παραμορφώνονταν μέχρι εξαντλήσεως της ικανότητας ανάληψης φορτίου. Τα πειράματα δείχνουν ότι υπάρχει μία σχέση αλληλεπίδρασης μεταξύ της εκτός επιπέδου καμπτικής ροπής και της αξονικής προφόρτισης. Αυτή η αλληλεπίδραση έχει υψηλή ευαισθησία στις αρχικές εκκεντρότητες (imperfections) της αξονικής φόρτισης. Από τις πειραματικές δοκιμές βρέθηκε ότι η εγκάρσια φόρτιση έχει μία βλαπτική επίδραση (detrimental impact) στην ικανότητα ευστάθειας των διατομών στοιχείων από άοπλη τοιχοποιία. Για αυτό το λόγο η παρούσα εργασία δείχνει ότι για τον έλεγχο άοπλων τοιχοποιιών θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η επίδραση της εκκεντρότητας της αξονικής φόρτισης και της εκτός επιπέδου φόρτισης στην ικανότητα ευστάθειάς τους. Στην εργασία των Costa et al. (2011) έγιναν εκτός επιπέδου δοκιμές σε κτίρια ενός εγκαταλειμμένου οικισμού στις Αζόρες. Τα δοκίμια S_01 και CN δοκιμάσθηκαν χωρίς ενίσχυση. Σχήμα 16. Διάταξη εκτός επιπέδου φόρτισης δοκιμίου S_01 χωρίς ενίσχυση.

21 Σχήμα 17. Διάταξη εκτός επιπέδου φόρτισης δοκιμίου CN. Σχήμα 18. Διαγράμματα φορτίου μετατόπισης για την εκτός επιπέδου φόρτιση άοπλων τοιχοποιιών (α) δοκίμιο S_01 και (β) δοκίμιο CN.

22 Από την παρατήρηση των βρόχων υστέρησης προκύπτει ότι για πηλίκο Δ/t=4% αναπτύσσεται η μέγιστη αντοχή, ενώ για πηλίκο Δ/t=9% αναπτύσσεται η αστοχία. Η αντοχή των τοιχοποιιών αυτών πέφτει στο 20% της μέγιστης, για πηλίκο Δ/t=6%. Στοιχεία για την απόκριση των δύο παραπάνω τοιχοποιιών πριν και μετά την ενίσχυση δίνονται στον πίνακα που ακολουθεί: Τα στοιχεία αυτά λήφθηκαν από τα πιο κάτω διαγράμματα. Σχήμα 19. Επίδραση της ενίσχυσης στην εκτός επιπέδου απόκρισης των δοκιμίων: (α) Βρόχοι υστέρησης, (β) περιβάλλουσες καμπύλες. Στο πλαίσιο της παρούσας έρευνας, βρέθηκαν και οι πιο κάτω εργασίες που αφορούν την αναλυτική αποτίμηση και προσέγγιση της απόκρισης άοπλων τοιχοποιιών για εκτός επιπέδου φόρτιση. Costa et al. (2011), Menon, Magenes (2011a, 2011b), Casolo, Uva (2012), Shawa et al. (2012), Najafgholipour et al. (2013), Russo (2013). Όλες οι αναφορές υπάρχουν σε ηλεκτρονική μορφή.

23 Βιβλιογραφία (κατά αύξουσα χρονολογική σειρά) Priestley M. J. N. Seismic behavior of unreinforced masonry walls. Bulletin of the New Zealand National Society for Earthquake Engineering 1985; 18(2): Tomazevic M, Lutman M, Weiss P. Seismic Upgrading of Old Brick-Masonry Urban Houses: Tying of Walls with Steel Ties. Earthquake Spectra 1996; 12(3): Felice G, Giannini R. Out-of-Plane Seismic Resistance of Masonry Walls. Journal of Earthquake Engineering 2001; 5(2): Dohery K, Griffith M, Lam N, Wilson J. Displacement-based Seismic Analysis for Out-of-Plane Bending of Unreinforced Masonry Walls. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2002; 31(4): Ayala D, Speranza E. Definition of Collapse Mechanisms and Seismic Vulnerability of Historic Masonry Buildings. Earthquake Spectra 2003; 19(3): Lam N, Griffith M, Wilson J. Doherty K. Time-history analysis of URM Walls in Out-of-Plane Flexure. Engineering Structures 2003; 25(6): Griffith M, Magenes G, Melis G, Picchi L. Evaluation of Out-of-Plane Stability of Unreinforced Masonry Walls Subjected to Seismic Excitation. Journal of Earthquake Engineering 2003; 7(S1): Griffith M, Lam N, Wilson J, Doherty K. Experimental Investigation of Unreinforced Brick Masonry Walls in Flexure. Journal of Structural Engineering ASCE 2004; 130(3): Kanit R, Atimtay E. Experimental Assessment of the Seismic Behavior of Load-Bearing Masonry Walls Loaded Out-of-Plane. Turkish J. Eng. Env. Sci 2006; 30(1): Griffith M, Vaculik J, Lam N, Wilson J, Lumantarna E. Cyclic Testing of Unreinforced Masonry Walls in Two-Way Bending. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2007; 36(6): Popehn J, Schultz A, Lu M, Stolarski H, Ojard N. Influence of Transverce Loading on the Stability of Slender Unreinforced Masonry Walls. Engineering Structures 2008; 30(10): Casolo S, Milani G. A Simplified Homogenization-Discrete Element Model for the Non-Linear Static Analysis of Masonry Walls Out-of-Plane Loaded. Engineering Structures 2010; 32(8): Costa A, Arede A, Costa A, Oliveira C. In Situ Cyclic Tests on Existing Stone Masonry Walls and Strengthening Solutions. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2011; 40(4): Menon A, Magenes G. Definition of Seismic Input for Out-of Plane Response of Masonry Walls: I. Parametric Study. Journal of Earthquake Engineering 2011; 15(2): Menon A, Magenes G. Definition of Seismic Input for Out-of Plane Response of Masonry Walls: II. Formulation. Journal of Earthquake Engineering 2011; 15(2): Casolo S, Uva G. Nonlinear Analysis of Out-of-Plane Masonry Facades: Full Dynamic Versus Pushover Methods by Rigid Body and Spring Model. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2012; DOI: /eqe Shawa O, Felice G, Mauro A, Sorrentino L. Out-of-Plane Seismic Behaviour of Rocking Masonry Walls. Earthquake Engng Struct. Dyn. 2012; 41(5):

24 Najafgholipour M, Maheri M, Lourenco P. Capacity Interaction in Brick Masonry under Simultaneous In-Plane and Out-of-Plane Loads. Construction and Building Materials Journal 2013; 38(paper #68): Russo S. Testing and Modelling of Dynamic Out-of-Plane Behavior of the Historic Masonry Façade of Palazzo Ducale in Venice, Italy. Engineering Structures 2013; 46(1):

25 ΜΕΡΟΣ Β Προς μία Ορθολογική Εκτίμηση Σεισμικών Φορτίων Κατασκευών από Φέρουσα Τοιχοποιία με συνεκτίμηση της ικανότητάς τους για απόσβεση της σεισμικής ενέργειας

26 Προς μία Ορθολογική Εκτίμηση Σεισμικών Φορτίων Κατασκευών από Φέρουσα Τοιχοποιία με συνεκτίμηση της ικανότητάς τους για απόσβεση της σεισμικής ενέργειας 1. ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΙΑ ΤΙΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Οι μέθοδοι αποτίμησης των υφιστάμενων μνημείων - κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία δεν έχουν σαφή διαφοροποίηση από τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται για την αποτίμηση υφισταμένων κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η βασική φιλοσοφία των μεθόδων αυτών συντέθηκε με βάση την συμπεριφορά, τις μηχανικές ιδιότητες και τις ιδιότητες ανελαστικής παραμόρφωσης των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος. Επιπροσθέτως οι μέθοδοι αυτές θεσμοθετήθηκαν για τον σχεδιασμό νέων κατασκευών από σκυρόδεμα και όχι για τον έλεγχο υφισταμένων κατασκευών. Αυτό αφορά τις υπολογιστικές μεθόδους με βάση τις δυνάμεις και με βάση τις μετακινήσεις τόσο στην ελαστική κατάσταση όσο και στην ανελαστική κατάσταση. Ακόμη και οι μέθοδοι ανελαστικής ανάλυσης δημιουργήθηκαν αρχικά για τον σχεδιασμό νέων κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Κατά την εφαρμογή των πιο πάνω μεθόδων σε κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα και σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία ο αλγόριθμος ανάλυσης είναι παρόμοιος. Τα διαθέσιμα εμπορικά και ερευνητικά πακέτα λογισμικών χρησιμοποιούν ακριβώς τον ίδιο αλγόριθμο για την επίλυση των φερόντων οργανισμών κτιρίων είτε έχουν κατασκευαστεί από οπλισμένο σκυρόδεμα είτε έχουν κατασκευαστεί από φέρουσα τοιχοποιία. Οι κυριότερες διαφοροποιήσεις, μεταξύ άλλων, αφορούν στις ιδιότητες των υλικών, στους νόμους φορτίου παραμόρφωσης κρίσιμων διατομών των δομικών στοιχείων, στην ικανότητα ανάπτυξης διαφόρων τύπων παραμόρφωσης στα δομικά στοιχεία, για διαφορετικά επίπεδα κατάστασης της κατασκευής μνημείου και στα σεισμικά φορτία. Κατά την αποτίμηση των κατασκευών συνδυάζονται οι αλγόριθμοι ανάλυσης (οι οποίοι είναι κοινοί για κάθε στατικό σύστημα) με τις ιδιότητες και τους νόμους παραμόρφωσης των υλικών οι οποίοι διαφοροποιούνται αναλόγως του υλικού κατασκευής των κτιρίων. Με την εφαρμογή των παραπάνω μεθόδων έχουν αποτιμηθεί, συντηρηθεί, αποκατασταθεί και ενισχυθεί επιτυχώς πολλά μνημεία. Το θέμα που τίθεται σχετίζεται με την ορθολογικότητα των πιο πάνω μεθόδων για εφαρμογή σε μνημεία από φέρουσα τοιχοποιία. Ως πρώτο παράδειγμα αναφέρεται η μέθοδος δυνάμεων. Η μέθοδος αυτή αποτέλεσε την βασική μέθοδο σχεδιασμού κατασκευών κυρίως από σκυρόδεμα για πολλά χρόνια. Κύριο στοιχείο της αποτελεί το γεγονός ότι τα δομικά στοιχεία των κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος έχουν ικανοποιητική ικανότητα για πλάστιμη παραμόρφωση χωρίς σημαντική μείωση της αντοχής τους. Αυτό είναι χαρακτηριστικό των νέων κατασκευών από σκυρόδεμα. Σε τέτοιες κατασκευές παρέχονται οι κατάλληλες κατασκευαστικές λεπτομέρειες και χρησιμοποιούνται κατάλληλα υλικά έτσι ώστε να υπάρχει δυνατότητα πλάστιμης παραμόρφωσης και άρα να αξιοποιούνται σημαντικές ευεργετικές διατάξεις της μεθόδου δυνάμεων (π.χ. συντελεστής συμπεριφοράς κοντά στο 3.5). Η εφαρμογή των μεθόδων με βάση τις δυνάμεις για τον έλεγχο κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία είναι δυνατή αλλά δεν είναι συμφέρουσα. Λόγω της ψαθυρής συμπεριφοράς των υλικών των διαφόρων τύπων τοιχοποιιών δεν αξιοποιείται η ευεργετική διάταξη του συντελεστή συμπεριφοράς ο οποίος για κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία έχει τιμή γύρω στο 1.5 με αποτέλεσμα να προκύπτουν 2.3 φορές υψηλότερα σεισμικά φορτία. Δηλαδή δύο όμοια κτίρια στην ίδια περιοχή με τις ίδιες γενικές διαστάσεις, αυτό που είναι κατασκευασμένο από οπλισμένο σκυρόδεμα θα σχεδιασθεί για 2.3 φορές περίπου μικρότερα σεισμικά φορτία από το κτίριο που είναι κατασκευασμένο από φέρουσα τοιχοποιία. Αν για τα κτίρια αυτά δεν χρησιμοποιούνταν μέθοδος δυνάμεων με τον αντίστοιχο συντελεστή συμπεριφοράς, αλλά προσδιορίζονταν η ακριβής ανελαστική καμπύλη φορτίου παραμόρφωσης κάθε κτιρίου (μέθοδος υπερώθησης ή push over) το κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία θα είχε χαμηλότερη ικανότητα παραμόρφωσης στις κρίσιμες θέσεις ελέγχου (π.χ. πλαστικές αρθρώσεις) σε σχέση με το κτίριο από οπλισμένο σκυρόδεμα το οποίο εξακολουθεί να έχει πλάστιμη απόκριση. Για τον λόγο αυτό η παραμόρφωση επιτελεστικότητας για τα κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία είναι πολύ χαμηλότερη από ότι τα κτίρια από μπετόν. Το θέμα που προκύπτει στην περίπτωση αυτή αφορά τις θέσεις των πλαστικών αρθρώσεων στο κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία. Η μεθοδολογία που ακολουθείται στην περίπτωση αυτή προέρχεται από την συμπεριφορά κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα όπου οι πλαστικές αρθρώσεις εμφανίζονται κυρίων στα άκρα των δομικών στοιχείων (είτε είναι καμπτικές, είτε είναι διατμητικές πλαστικές αρθρώσεις) και σε αυτές τις θέσεις εισάγονται οι πλαστικές αρθρώσεις, στα αντίστοιχα ανελαστικά προσομοιώματα, προς ενδεχόμενη

27 ενεργοποίηση. Στα κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία στο σημείο αυτό υπάρχουν οι εξής διαφοροποιήσεις: Οι νόμοι φορτίου παραμόρφωσης των καμπτικών πλαστικών αρθρώσεων σε στοιχεία από φέρουσα τοιχοποιία είναι σημαντικά διαφορετικοί σε σχέση με τις καμπτικές πλαστικές αρθρώσεις σε στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η διαφοροποίηση αφορά όχι μόνο τις ιδιότητες υλικών αλλά και την μορφή των χαρακτηριστικών φόρτισης αποφόρτισης των βρόχων υστέρησης. Ομοίως οι νόμοι φορτίου παραμόρφωσης των διατμητικών πλαστικών αρθρώσεων σε στοιχεία από φέρουσα τοιχοποιία είναι σημαντικά διαφορετικοί σε σχέση με τις διατμητικές πλαστικές αρθρώσεις σε στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα. Η θέση εμφάνισης των διατμητικών πλαστικών αρθρώσεων σε στοιχεία από φέρουσα τοιχοποία είναι διαφορετική από την θέση εμφάνισης των διατμητικών πλαστικών αρθρώσεων σε στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα. Στην πρώτη περίπτωση οι πλαστικές αρθρώσεις εμφανίζονται περίπου στο μέσο των πεσσών και των υπέρθυρων ενώ στα στοιχεία από οπλισμένο σκυρόδεμα εμφανίζονται στα άκρα των δομικών στοιχείων. Οι διατμητικές αστοχίες διαγώνιου εφελκυσμού σε πεσσούς και υπέρθυρα κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία μπορεί να είναι δύο ειδών: i) Διαγώνιο ρήγμα κλιμακωτό, σε κατακόρυφους και οριζόντιους αρμούς λίθων ή πλίνθων. ii) Διαγώνιο ευθύγραμμο ρήγμα διερχόμενο από την μάζα πλίνθων (κυρίως) οι οποίοι έχουν αστοχήσει (εμφανίζεται σε περιπτώσεις ισχυρών κονιαμάτων και πλίνθων χαμηλής αντοχής). Κατά την εφαρμογή μεθόδου ανελαστικής αποτίμησης των κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία με ανάλυση μέσω χρονοϊστοριών επιταχύνσεων, το πρόβλημα που εξακολουθεί να υπάρχει σχετίζεται με την θεώρηση του ψαθυρού τρόπου απόκρισης των φερόντων στοιχείων σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία. Βάσει αυτής της θεώρησης και της προσομοίωσής της, προκύπτουν σημαντικές αστοχίες στις αρθρώσεις αυτές. Ως παράδειγμα αναφέρεται η θεώρηση ιξώδους απόσβεση 5% για κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία, η οποία είναι ίδια με την αντίστοιχη απόσβεση κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα. Με αυτό τον τρόπο η ικανότητα της κατασκευής να ανθίσταται σε σεισμικές δράσεις δεν τεκμηριώνεται και ο ίδιος προβληματισμός υφίσταται και στις τρεις μεθόδους που αναφέρθηκαν, αποτίμηση με βάση μέθοδο δυνάμεων, αποτίμηση με βάση μέθοδο μετακινήσεων και αποτίμηση με βάση μέθοδο ανάλυσης με χρονοϊστορίες. Κατά την αποτίμηση των μνημείων από φέρουσα τοιχοποιία με βάση τις πιο πάνω αναλύσεις προκύπτουν σημαντικές επεμβάσεις στον φέροντα οργανισμό τους. Οι επεμβάσεις αυτές είναι επιστημονικά τεκμηριωμένες με βάση τις ισχύουσες επιστημονικές και τεχνικές αρχές αλλά δεν είναι συνήθως οικονομικά συμφέρουσες. Ως παράδειγμα αναφέρεται η περίπτωση της εκτέλεσης εκτεταμένων ενισχύσεων μέσω της αύξησης της αντοχής και της δυσκαμψίας του μνημείου. Εναλλακτική λύση για ένα υφιστάμενο μνημείο αποτελεί η βελτίωση της συνδεσμολογίας των επιμέρους στοιχείων του μνημείου (π.χ. βελτίωση συνδέσεων ξύλινων στοιχείων σε τσατμάδες, πατώματα και στέγη και η βελτίωση των συνδέσεων των φερόντων στοιχείων μεταξύ τους). Η δεύτερη περίπτωση ενδείκνυται ιδιαίτερα στις περιπτώσεις κατά τις οποίες το μνημείο έχει υποστεί ορισμένες ισχυρές σεισμικές διεγέρσεις χωρίς την εμφάνιση σημαντικών αστοχιών. Προφανώς στην δεύτερη περίπτωση δεν υπάρχει το επιστημονικό υπολογιστικό υπόβαθρο για την νομική κάλυψη του μελετητή. Στην παρούσα εργασία γίνεται ανασκόπηση πειραματικών και αναλυτικών εργασιών με στόχο να προσδιορισθούν και να συγκεντρωθούν νέες παράμετροι οι οποίες θα αξιοποιηθούν στην εκτίμηση του παράγοντα της σεισμικής δράσης στις τρεις κυριότερες μεθόδους που αναφέρθηκαν πιο πάνω για την αποτίμηση μνημειακών κατασκευών. Επίσης αξιοποιείται σειρά παραμετρικών ανελαστικών αναλύσεων σε πλαίσια από φέρουσα τοιχοποιία και γίνεται συσχέτιση με τις παραμέτρους της πιο πάνω ανασκόπησης. Επίσης παραθέτονται στοιχεία από την απόκριση σε πραγματικές σεισμικές δράσεις μνημειακών κατασκευών σε διάφορες περιοχές της Ελλάδας. Τα πιο πάνω στοιχεία θα χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή κάποιων πρώτων συμπερασμάτων για την φόρτιση που πρέπει να θεωρείται από την σεισμική δράση κατά την αποτίμηση μνημειακών κατασκευών. Προφανώς το πρόβλημα θα παραμείνει ανοικτό για περεταίρω διερεύνηση.

28 2. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ Η ανασκόπηση της σχετικής βιβλιογραφίας που ακολουθεί γίνεται με βάση το γεγονός ότι τα σεισμικά φορτία που προκύπτουν για την αποτίμηση των μνημειακών κατασκευών με την εφαρμογή μεθόδων ανάλυσης με βάση τις δυνάμεις είναι πολύ υψηλά. Όπως τονίσθηκε πιο πάνω, λόγω της ψαθυρής συμπεριφοράς των δομικών στοιχείων από φέρουσα τοιχοποιία, η διαθέσιμη πλαστιμότητα των στοιχείων αυτών οδηγεί σε συντελεστές συμπεριφοράς κοντά στο 1.5. Εκτός από το κριτήριο της πλαστιμότητας υπάρχει και το κριτήριο της απόσβεσης. Εκτιμάται ότι σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία, τα σεισμικά φορτία μειώνονται περισσότερο από 1.5 φορές, λόγω της διαθέσιμης απόσβεσης των κτιρίων αυτών. Η συνολική απόσβεση αυτή ισοδύναμη είναι πολύ μεγαλύτερη από 5% όταν ληφθεί υπόψη η ανελαστική απόκριση των δομικών στοιχείων από φέρουσα τοιχοποιία. Σύμφωνα με τους Beucke και Kelly (1985) η απόσβεση αυτή οφείλεται κυρίως σε δύο αποσβέσεις: την ιξώδη απόσβεση (ξ) και την απόσβεση τριβής η οποία αναλύεται σε άλλες δύο αποσβέσεις την σταθερή απόσβεση Coulomb (x c.k) και την γραμμική ή κινηματική απόσβεση (ζ.k) Coulomb, Σχήμα 1. Οι παραπάνω αποσβέσεις συνθέτονται και δίνουν μία ισοδύναμη απόσβεση ξeq: Σχήμα 1. Διάγραμμα της δύναμης τριβής ως συνάρτηση της μετατόπισης Στην πιο πάνω σχέση τα σύμβολα σημαίνουν: ξ : ιξώδης απόσβεση k : δυσκαμψία της κατασκευής x c : μετατόπιση που αντιστοιχεί στην ισοδύναμη διαρροή της καμπύλης φορτίου μετατόπισης. Η σταθερή δύναμη F λόγω της στατικής τριβής Coulomb είναι F = x c. k => x c =F/k ζ : συντελεστής γραμμική τριβής Coulomb. ζ.k = η κλίση της γραμμικά αυξανόμενης δύναμης απόσβεσης λόγω της κίνησης της διέγερσης. β : ω/ω 0 ο λόγος της δεσπόζουσας συχνότητας της διέγερσης προς την ιδιοσυχνότητα της κατασκευής Στην περίπτωση αυτή η πιο πάνω εξίσωση αποτελεί μία απλοποιημένη έκφραση της ισοδύναμης απόσβεσης η οποία προσεγγίζει ικανοποιητικά την ακριβή λύση όπως έδειξαν παραμετρικές αναλύσεις της συγκεκριμένης εργασίας. Στην εργασία των Calvi, Kingsley και Magenes (1996), αξιοποιούνται πειραματικές δοκιμές σε δοκίμια τοιχοποιίας, σε ψευδοδυναμική φόρτιση κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία και σε μοντέλο κτιρίου σε σεισμική τράπεζα. Στις δοκιμές πεσσών και υπέρθυρων βρέθηκε έντονη επίδραση και διαφοροποίηση της απόκρισης αναλόγως του λόγου όψης των στοιχείων αυτών. Κατά την ύπαρξη

29 μεγάλων λόγων όψης ήταν κυρίαρχο το φαινόμενο του λικνισμού το οποίο αποτελεί την καμπτική απόκριση των πεσσών και των υπέρθυρων αντίστοιχα. Σε αυτή την περίπτωση στην καμπτική απόκριση αποσβαίνεται λιγότερη σεισμική ενέργεια από ότι στην διατμητική απόκριση, Σχήμα 2. Κατά τον λικνισμό η καμπύλη αποφόρτισης ακολουθεί την πορεία της καμπύλης φόρτιση με χαμηλότερο φορτίο, γεγονός που σημαίνει ότι ένα ποσό από την ενέργεια που απαιτείται για την επίτευξη της μέγιστης παραμόρφωσης επιστρέφει στο κτίριο κατά την αποφόρτιση. Κατά την απόκριση σε φόρτιση διαγώνιας τέμνουσας η αποφόρτιση είναι ευθεία γραμμή με αποτέλεσμα το μεγαλύτερο εμβαδό βρόχου. Κατά την διατμητική ολίσθηση σε φέροντα στοιχεία από τοιχοποιία απορροφάται μεγαλύτερο ποσό ενέργειας από ότι στους δύο προηγούμενους μηχανισμούς. Το μειονέκτημα στην περίπτωση διατμητικής ολίσθησης είναι η πρόκληση μεγαλύτερων μόνιμων παραμορφώσεων. Ο λικνισμός και η διατμητική ολίσθηση συμβαίνουν ταυτόχρονα συνήθως καθώς μέσω του λικνισμού μειώνεται η επιφάνεια της διατομής τοιχοποιίας που τελεί υπό σύνθλιψη. Η απόκριση σε διαγώνια σύνθλιψη είναι συνήθως πολύ ψαθυρή λόγω της καταστροφικής και εκρηκτικής φύσης της η οποία οφείλεται στην ψαθυρότητα της τοιχοποιίας. Υπό κατάλληλες συνθήκες η απόκριση της τοιχοποιίας υπό διαγώνια τέμνουσα είναι πλάστιμη και εμφανίζεται κατά την αστοχία αρμών και όχι πλίνθων για λόγους όψης πεσσών κάτω του 1.0. Σε αυτές τις περιπτώσεις η απόκριση μετά την ρηγμάτωση δεν αναφέρεται ως καταστροφική και διατηρείται σημαντική ικανότητα για ανάληψη κατακόρυφων φορτίων. Από τις δοκιμές διέγερσης που έγιναν σε προσομοίωμα μνημείου σε φυσική κλίμακα βρέθηκε μείωση στις ιδιοσυχνότητες του κτιρίου περίπου 50%. Σχήμα 2. Τυπικοί βρόχοι φορτίου μετατόπισης πεσσών από τοιχοποιία Α) απόκριση διαγώνιας διάτμησης, και Β) λικνιστική απόκριση ως αποτέλεσμα υψηλότερου λόγου όψης Στην εργασία των Magenes και Calvi (1997) μετά από αναφορά στους δυνατούς τρόπους παραμόρφωσης όπως λικνιστική παραμόρφωση, διαγώνιο εφελκυσμό και διατμητική ολίσθηση και σε αντίστοιχες σχέσεις υπολογισμού των αντίστοιχων τεμνουσών γίνεται εκτενής αναφορά στην εκτίμηση της ικανότητας απορρόφησης ενέργειας από τους πιο πάνω μηχανισμούς. Κατά την καμπτική απόκριση των πεσσών κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία είναι κυρίαρχο το φαινόμενο του λικνισμού. Σε αυτή την περίπτωση η ισοδύναμη ιξώδης απόσβεση που προέρχεται από υστερητική απόσβεση είναι περίπου 10% και η τιμή αυτή προστίθεται στην εξ ορισμού ιξώδη απόσβεση η οποία είναι 5% για γραμμική απόκριση. Ομοίως κατά την απόκριση των πεσσών υπό διαγώνια τέμνουσα πρόεκυψε μία ισοδύναμη ιξώδης απόσβεση 10% η οποία αναπαριστά την υστερητική απόσβεση κατά την μετελαστική απόκριση για αυτή τη φόρτιση. Η τιμή αυτή κρίνεται από τους συγγραφείς ως συντηρητική. Κατά την απόκριση σε διατμητική ολίσθηση οι συγγραφείς αναφέρουν ισοδύναμες αποσβέσεις 64% για μεγάλες μετατοπίσεις. Σε καμία από τις πειραματικές δοκιμές δεν παρατηρήθηκε καθαρή διατμητική ολίσθηση. Κατά τις πειραματικές δοκιμές που έγιναν παρατηρήθηκε ότι εκτός από την διατμητική ολίσθηση εμφανίσθηκε λικνισμός και διαγώνια ρηγμάτωση. Για τον λόγο αυτό η θεώρηση τόσο υψηλών συντελεστών απόσβεσης κρίνεται μη ρεαλιστική. Μέχρι το 1997 δεν υπήρχαν σαφή πειραματικά αποτελέσματα που να δίνουν την συνεισφορά της διατμητικής ολίσθησης στην απορρόφηση ενέργειας κατά την εκδήλωση μεικτού τρόπου αστοχίας. Κατά την προσομοίωση των στοιχείων μίας κατασκευής από φέρουσα τοιχοποιία με

30 γραμμικά στοιχεία προτείνεται κατά την καμπτική (λικνιστική) απόκριση να λαμβάνεται ισοδύναμη απόσβεση 15% και σχετική μετατόπιση αστοχίας (ultimate drift) 1.0%. Κατά την διαγώνια διατμητική ρηγμάτωση προτείνεται ομοίως ισοδύναμη απόσβεση 15% και σχετική μετατόπιση αστοχίας 0.5%. Κατά την διατμητική ολίσθηση προτείνεται ισοδύναμη απόσβεση 20% (η οποία αναφέρεται ως συντηρητική) και σχετική μετατόπιση αστοχίας 1.0%. Ο προσδιορισμός του τρόπου απόκρισης, καμπτικός, διαγώνια διάτμηση, διατμητική ολίσθηση, γίνεται με βάση απλοποιημένες σχέσεις που δίνονται στην εργασία αυτή. Η μείωση στα φάσματα σχεδιασμού κατά Ευρωκώδικα 8, φθάνει μέχρι Η μείωση είναι μεγαλύτερη κατά την χρήση φασμάτων πραγματικών καταγραφών. Συμπεραίνεται ότι η τιμή του συντελεστή συμπεριφοράς 1.5 είναι έντονα συντηρητική και πιο μεγάλες τιμές προκύπτουν όταν ληφθεί υπόψη ολόκληρο το κτίριο λόγω της συνδυασμένης δράσης μετελαστικών μηχανισμών, ισοδύναμης απόσβεσης και μεταβολή των ιδιοπεριόδων της κατασκευής. Στην εργασία των Tomazevic και Weiss (1994) παρουσιάζονται αποτελέσματα από την δοκιμή σε σεισμική τράπεζα μοντέλου κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία το οποίο κατασκευάστηκε υπό κλίμακα 1:5. Κατά την δοκιμή παρατηρήθηκε μείωση στις κύριες ιδιοσυχνότητες του μοντέλου περίπου 40%. Η ενέργεια που καταναλώθηκε δίνεται στα σχήματα που ακολουθούν. Σχήμα 3. Υστερητική ενέργεια που καταναλώθηκε από το κτίριο - μοντέλο άοπλης τοιχοποιίας. Σχήμα 4. Λόγος ενέργειας που καταναλώθηκε προς την εισαγόμενη ενέργεια για διάφορες τιμές του λόγου μετατόπισης (καμπύλη b για το κτίριο από άοπλη τοιχοποιία). Από αυτή την πειραματική δοκιμή για το κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία προέκυψε συντελεστής συμπεριφοράς q=2.84. Η αντίστοιχη τιμή του Ευρωκώδικα q=1.5 δείχνει αρκετά συντηρητική αλλά κρίνεται ικανοποιητική στην περίπτωση κατά την οποία δεν είναι επιθυμητές βλάβες στο κτίριο από φέρουσα τοιχοποιία. Στην εργασία των Bothara κ.ά. (2010) περιγράφεται η δοκιμή σε σεισμική τράπεζα κτιρίου δοκιμίου υπό κλίμακα 1:2. Το κτίριο δοκιμάσθηκε σε σεισμικές διεγέρσεις σε δύο διευθύνσεις. Μεταξύ άλλων προσδιορίσθηκαν τα διάφορα ποσοστά διαχεόμενης ενέργειας για διάφορα επίπεδα μετατόπισης και συσχετιζόμενης τρωτότητας. Από τις δοκιμές που έγιναν βρέθηκαν συντελεστές απόσβεσης ενέργειας μέχρι και 36% (πίνακας 1). Αυτό δείχνει μια σαφή ικανότητα των κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία για μία σταθερή μη γραμμική απόκριση υπό έντονη σεισμική διέγερση η οποία οφείλεται είτε στον λικνισμό είτε στην μείωση της ιδιοσυχνότητας του κτιρίου softening, λόγω ρηγμάτωσης στους μηχανισμούς διάτμησης.

31 Σχήμα 5. Βλάβες του κτιρίου για διέγερση κατά την διαμήκη διεύθυνση. Πίνακας 1. Χαρακτηριστικά απόκρισης του κτιρίου. Σημειώθηκαν αποσβέσεις μέχρι 36%. Στην εργασία των Ahmad κ. ά. (2010) η ενέργεια που αποσβένεται σε κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία οι οποίες υπόκεινται σε σεισμική διέγερση δίνεται συναρτήσει της πλαστιμότητας που επιτυγχάνεται από τη σχέση: ξ=0.05+c.(μ-1)/(π.μ). Ο συντελεστής c προέκυψε από πειραματικά αποτελέσματα σε πεσσούς από τοιχοποιία με τιμή c=0.32. Προσδιορίσθηκε μέσω μη γραμμικών αναλύσεων με παλινδρόμηση. Στο Σχήμα 6 δίνονται οι πειραματικές τιμές της απόσβεσης συναρτήσει του λόγου όψης Hp/D και της τάσης πρόθλιψης. Σχήμα 6. Υστερητική απόσβεση τοίχων από άοπλη τοιχοποιία υπό διατμητική απόκριση, αριστερά: συναρτήσει γωνιακής παραμόρφωσης drift και δεξιά: συναρτήσει της πλαστιμότητας.

32 Στην εργασία των Michel κ.ά. (2011) προσδιορίζεται το ποσοστό πτώσης της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου κατασκευών από φέρουσα τοιχοποιία συναρτήσει της γωνιακής παραμόρφωσης drift της κατασκευής. Ενδιαφέρον σε αυτή την εργασία παρουσιάζουν τα δεδομένα από το εργαστήριο ELSA στην Ίσπρα της Ιταλίας. Ειδικότερα παρουσιάζονται τα σχετικά αποτελέσματα από δύο δοκιμές μοντέλων κτιρίων σε φυσική κλίμακα υπό ψευδοδυναμική φόρτιση. Το ένα κτίριο ήταν κατασκευασμένο με τούβλα αργιλικής σύστασης και το άλλο με τούβλα ασβεστολιθικής σύστασης. Η πτώση της κύριας ιδιοσυχνότητας για τα κτίρια αυτά συναρτήσει συντελεστή αναγωγής κατακόρυφου βάρους σε οριζόντια φόρτιση (%g) δίνεται στο πίνακα 2 που ακολουθεί. Πίνακας 2. Μεταβολή της κύριας ιδιοπεριόδου των κτιρίων συναρτήσει του συντελεστή σεισμικής επιβάρυνσης (%g). Σχήμα 7. Μείωση της κύριας ιδιοσυχνότητας των κτιρίων συναρτήσει της επιβαλλόμενης γωνιακής παραμόρφωσης I-S (InterStory) drift για (α) ασβεστολιθικούς πλίνθους (β) αργιλικούς πλίνθους. Λευκές κουκίδες 2-10%g, γκρί κουκίδες 12 14%g, μαύρες κουκίδες πάνω από 16%g. Τριγραμμική προσέγγιση των δεδομένων (συμπαγής γραμμή) με 80% διάστημα εμπιστοσύνης (διακεκομμένες γραμμές).

33 Η αριθμητική προσέγγιση για τα πιο πάνω διαγράμματα δίνεται από τις πιο κάτω σχέσεις. Ο πρώτος κλάδος είναι οριζόντιος με μηδενική κλίση. Ο δεύτερος κλάδος έχει κλίση α 1 και ο τρίτος κλάδος έχει κλίση α 2. D 0 είναι η γωνιακή παραμόρφωση στην πρώτη θέση αλλαγής κλίσης και D 1 είναι η γωνιακή παραμόρφωση στην δεύτερη θέση αλλαγής κλίσης. f 0 είναι η κύρια ιδιοσυχνότητα της κατασκευής. Στο πρώτο τμήμα (για I-S drift D ή για ασβεστολιθικούς και αργιλικούς πλίνθους αντίστοιχα) η συχνότητα παραμένει σταθερή. Το τμήμα αυτό θεωρείται η περιοχή ασθενών περιβαλλοντικών διεγέρσεων. Μετά το σημείο D 0 η συχνότητα μειώνεται αργά χωρίς σημαντικές βλάβες. Η κλίση α 1 έχει τιμή για το κτίριο με τους ασβεστολιθικούς πλίνθους και για το κτίριο με τους αργιλικούς πλίνθους. Μετά το σημείο D 1 (0.015% για ασβεστολιθικούς και 0.028% για αργιλικούς πλίνθους) η συχνότητα μειώνεται σημαντικά ταχύτερα. Η κλίση α 2 έχει τιμή για το κτίριο με τους ασβεστολιθικούς πλίνθους και για το κτίριο με τους αργιλικούς πλίνθους. Κατά την αστοχία 0.5% I-S drift η πτώση της ιδιοπεριόδου είναι στο 0.5 με 0.4 της αρχικής. Για επίπεδο I-S drift 0.1%, που αντιστοιχεί σε συνήθη παραμόρφωση και ειδικότερα στην έναρξη των πρώτων ρηγματώσεων η αντίστοιχη πτώση είναι στο 0.67±9% της αρχικής ιδιοπεριόδου. Πρακτικά στο σημείο διαρροής, μπορεί να θεωρηθεί μία πτώση ιδιοπεριόδου στα 2/3 αυτής που αντιστοιχεί σε περιβαλλοντικές διεγέρσεις (ελαστική). Η μείωση αυτή αντιστοιχεί σε πτώση της δυσκαμψίας στο 50%. Η κύρια επιδίωξη των παραπάνω μοντέλων μείωσης της κύριας ιδιοσυχνότητας είναι ο καλύτερος προσδιορισμός της σεισμικής απαίτησης και επιτρέπει τον καθορισμό της εμφάνισης της πρώτης βλάβης μέσω της ανάλυσης σεισμικής απόκρισης κατασκευών. Από τον Πίνακα 2, προκύπτει ότι η αστοχία επέρχεται για συντελεστή σεισμική επιβάρυνσης 0.2g, η οποία είναι σημαντικά χαμηλότερη αυτής που επιβάλλουν οι κανονισμοί. Από την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας προκύπτει το συμπέρασμα ότι υπάρχουν αρκετοί λόγοι για την θεώρηση μίας ισοδύναμης υστερητικής απόκρισης σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία. Μάλιστα προεκτείνοντας την παραδοχή, που εφαρμόζεται στα κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα, ότι ο έλεγχος των κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία γίνεται για έναν επιθυμητό βαθμό βλάβης προκύπτει μία σημαντική ικανότητα για κατανάλωση ενός ποσοστού από την εισερχόμενη σεισμική ενέργεια στα μνημεία από φέρουσα τοιχοποιία. Αυτή η ισοδύναμη απόσβεση περιλαμβάνει την ιξώδη και την υστερητική απόσβεση του κτιρίου και μία τιμή σχεδιασμού φαίνεται να διαμορφώνεται γύρω στο 20%. Μία εξίσου σημαντική παρατήρηση σχετίζεται με την μεταβολή της ιδιοσυχνότητας των κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία για γωνιακές παραμορφώσεις drifts από 0.1% και άνω, μέχρι το επίπεδο αστοχίας, το οποίο στην εργασία που παρατίθεται έχει τιμή 0.5%. Στην περίπτωση αυτή η μείωση στην ιδιοσυχνότητας είναι στο 67% της κύριας στο σημείο διαρροής (σημείο καμπής του διγραμμικού προσομοιώματος), και 50% μέγιστη και εμφανίζεται για συντελεστή σεισμικής επιβάρυνσης 20%g. Στην περίπτωση αυτή η δυσκαμψία της κατασκευής από φέρουσα τοιχοποιία όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω προκύπτει και πρέπει να λαμβάνεται το 50% της ελαστικής, στο σημείο διαρροής (σημείο καμπής του ισοδύναμου διγραμμικού ελαστοπλαστικού διαγράμματος), με αποτέλεσμα την ανάπτυξη χαμηλότερης έντασης στην κατασκευή για την ίδια μετατόπιση σε σχέση με την θεώρηση της ελαστικής δυσκαμψίας. 3. ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΕΣ ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΣΕ ΠΛΑΙΣΙΑ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται αποτελέσματα από την ανελαστική ανάλυση πλαισίων από φέρουσα τοιχοποιία σε σεισμική φόρτιση η οποία εφαρμόζεται με οριζόντια αυξανόμενα φορτία. Οι αναλύσεις που ακολουθούν αναφέρονται σε δύο διώροφα πλαίσια. Ένα δίστυλο (1ΒΑΥ) και ένα

34 οκτάστυλο (7ΒΑΥ) (Σχήμα 8). Επιλέγονται αυτοί οι φορείς καθώς τα κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία στη χώρα μας είναι γενικά χαμηλά (κυρίως διώροφα με υπόγειο) ενώ τα ισοδύναμα πλαίσια που σχηματίζονται μπορεί να είναι από δίστυλα μέχρι πολύστυλα. Για τη προσομοίωση των πλαισίων χρησιμοποιούνται τριών τύπων μοντέλα. Ένας τύπος για επίλυση με το πρόγραμμα SAP2000 Nonlinear (SAP 2000, 1999) και δύο τύποι για επίλυση με το πρόγραμμα CAST3M (Visual CAST3M, 2000). Η προσομοίωση των φορέων για το πρόγραμμα SAP2000 γίνεται με γραμμικά στοιχεία. Στα γραμμικά στοιχεία των φορέων τοποθετείται πλαστική άρθρωση ροπών καμπυλοτήτων (Μ-θ) στα άκρα τους και πλαστική άρθρωση τέμνουσας δύναμης παραμόρφωσης (V-δ) στο μέσον τους (Σχήματα 9, 10). Τα επιβαλλόμενα οριζόντια φορτία αυξάνονται από την αρχική τιμή τους, μονότονα, μέχρι να επιτευχθεί η μετατόπιση-στόχος του κόμβου ελέγχου ο οποίος έχει προκαθορισθεί για το σκοπό αυτό. Για την προσομοίωση των φορέων με το πρόγραμμα CAST3M χρησιμοποιούνται διδιάστατα πεπερασμένα στοιχεία, χρησιμοποιώντας τους παρακάτω δύο διαφορετικούς τρόπους αριθμητικής προσομοίωσης Συνεχές προσομοίωμα Η τοιχοποιία ή λιθοδομή θεωρείται σαν ένα διδιάστατο ομογενές υλικό υπό συνθήκες επίπεδης έντασης, δηλαδή οι πλίνθοι και το συνδετικό κονίαμα δεν προσομοιώνονται χωριστά. Το αριθμητικό προσομοίωμα που επιλέγεται είναι αυτό του Mazars (1986) που έχει ενσωματωθεί στο πρόγραμμα CAST3M (Σχ.11α). Αυτό είναι ένα βαθμωτό μοντέλο βλάβης κατάλληλο για κατασκευές υπό μονότονη φόρτιση. Ο δείκτης βλάβης ποικίλει από μηδέν (ακαταπόνητο υλικό) μέχρι 1 (πλήρως κατεστραμμένο υλικό. Τα ελαστικά χαρακτηριστικά (Μέτρο Ελαστικότητας 1650MPa και συντελεστής Poisson 0.2) και οι αντοχές σε εφελκυσμό και θλίψη (0.1MPa και 3.0MPa αντίστοιχα) δόθηκαν με τις ίδιες τιμές που επιλέχθηκαν για την απλοποιημένη ανάλυση (SAP2000). Οι παράμετροι που καθορίζουν τη μετελαστική συμπεριφορά του μοντέλου επιλέχθηκαν έτσι ώστε να εμφανίζεται πιο ψαθυρή αστοχία σε εφελκυσμό και πιο πλάστιμη αστοχία σε σύνθλιψη και διάτμηση (Σχήμα 12) Διακριτό προσομοίωμα Η τοιχοποιία θεωρείται σαν ένα διδιάστατο ετερογενές υλικό υπό συνθήκες επίπεδης έντασης. Οι πλίνθοι μοντελοποιούνται χωριστά σαν ελαστικό υλικό και το συνδετικό κονίαμα προσομοιώνεται με ελαστοπλαστικά διεπιφανειακά στοιχεία (Σχ.11β). Η πλαστική διαρροή των διεπιφανειών περιγράφεται από μια σύνθετη επιφάνεια διαρροής που ενσωματώνει ένα σύνηθες κριτήριο Mohr- Coulomb με κατάλληλα όρια διακοπής (cut-offs) για εφελκυσμό και θλίψη. Η μετελαστική περιοχή περιγράφεται με τρεις μονοαξονικούς νόμους που αναπαριστούν αντίστοιχα τη συμπεριφορά σε καθαρή διάτμηση, εφελκυσμό και θλίψη. Τα ελαστικά χαρακτηριστικά των πλίνθων και του συνδετικού κονιάματος είναι πολύ διαφορετικά (τα πρώτα είναι πολύ πιο δύσκαμπτα από τα δεύτερα). Τα μέτρα ελαστικότητας των δύο υλικών (2400MPa για τους πλίνθους και 400MPa για το κονίαμα) επιλέχθηκαν έτσι ώστε να δίνουν μια μέση τιμή γύρω στα 1650Mpa. Η γωνία τριβής στη διεπιφάνεια λήφθηκε 30 ο και η συνάφεια 0.15MPa. Οι αντοχές της τοιχοποιίας σε εφελκυσμό και θλίψη (0.1MPa και 3.0MPa αντίστοιχα) καθορίζονται από τα όρια αστοχίας της διεπιφάνειας υπό την αντίστοιχη ένταση. Η μετελαστική συμπεριφορά επιλέχθηκε επίσης πολύ ψαθυρή σε εφελκυσμό και διάτμηση και πιο πλάστιμη σε θλίψη (Σχήμα13). 3.3 Επιβολή οριζόντιων σεισμικών φορτίων Στο μοντέλο με τα γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία (S: απλοποιημένο μοντέλο) έγιναν τρεις αναλύσεις για αντίστοιχες περιπτώσεις φόρτισης. Τα πλαίσια φορτίστηκαν αρχικά με κατακόρυφα φορτία προκειμένου να ληφθεί υπόψη στην ανάλυση η επιρροή αυτών των φορτίων. Ακολούθως ασκήθηκαν τα οριζόντια φορτία τα οποία χωρίζονται σε τρεις περιπτώσεις φόρτισης: - Κατανομή των οριζόντιων φορτίων βάσει της μάζας της κάθε στάθμης. Θεωρείται οριζόντια επιτάχυνση και σε κάθε κόμβο εφαρμόζεται οριζόντια δύναμη που είναι ανάλογη της μάζας του κόμβου (Φόρτιση ACC).

35 - Τριγωνική (αντεστραμμένη) κατανομή των οριζόντιων φορτίων βάσει της μάζας και του ύψους κάθε ορόφου (Φόρτιση LOAD). - Κατανομή των οριζόντιων φορτίων βάσει επιλεγείσας ιδιομορφής (της πρώτης) όπου επιβάλλονται οριζόντιες δυνάμεις στους κόμβους ανάλογες με το γινόμενο της καθορισθείσας ιδιομορφής επί τη μάζα που αντιστοιχεί στο συγκεκριμένο κόμβο (Φόρτιση MODE). Στα μοντέλα που αναλύθηκαν με το πρόγραμμα CAST3M θεωρήθηκαν αντίστοιχες περιπτώσεις κατακόρυφων και οριζόντιων φορτίων (C: συνεχές μοντέλο, D: διακριτό μοντέλο). 4.1 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Από τις αναλύσεις προέκυψαν αποτελέσματα που περιγράφουν τη συμπεριφορά των επίπεδων πλαισίων από τοιχοποιία υπό αύξουσα οριζόντια φόρτιση. Συγκεκριμένα από τις αναλύσεις με το πρόγραμμα SAP2000 Nonlinear (S: απλοποιημένη ανάλυση) προέκυψαν οι φάσεις και η ιστορία σχηματισμού των πλαστικών αρθρώσεων των γραμμικών φορέων για διάφορα επίπεδα μετατόπισης. Επίσης προέκυψε η κατανομή της έντασης σε κάθε δομικό στοιχείο και η μεταβολή της σύμφωνα με τους νόμους ιδιοτήτων των υλικών που ήταν όμοια για κάθε φορέα. Επίσης προέκυψαν οι καμπύλες μετατόπισης - φορτίου για τη φόρτιση που ασκήθηκε (Σχήματα 14, 15). Για τα δίστυλα πλαίσια η εξέλιξη των πλαστικών αρθρώσεων ξεκινά με εμφάνιση πλαστικής άρθρωσης διατμήσεως στο μέσον του ζυγώματος του πρώτου ορόφου η οποία ενεργοποιείται για μετατόπιση κορυφής 2.5mm. Μέχρι την αύξηση της παραμόρφωσης στα 4mm παραμένει μόνο αυτή η πλαστική άρθρωση, με αύξουσα ανελαστική παραμόρφωση. Στα 5.5mm εμφανίζονται πλαστικές αρθρώσεις διατμήσεως στους δύο στύλους για το πλαίσιο 1BAY_ACC ενώ στα πλαίσια 1BAY_MODE και 1BAY_LOAD εμφανίζονται πλαστικές αρθρώσεις διάτμησης στον δεξί στύλο και στο ζύγωμα του 2ου ορόφου. Στα πλαίσια 1ΒΑΥ_MODE και 1BAY_LOAD για μετατόπιση στην κορυφή 7.8mm ενεργοποιούνται πλαστικές αρθρώσεις Μ-θ στον πόδα των υποστυλωμάτων του ισογείου και πλαστική άρθρωση V-δ στο μέσον του αριστερού στύλου. Μέχρι το τέλος της φόρτισης (στα 15mm), δεν εμφανίζονται επιπλέον πλαστικές αρθρώσεις σε κάποια από τις εξετασθείσες περιπτώσεις (Σχήματα 15 a-e). Για το πολύστυλο πλαίσιο οι πρώτες πλαστικές αρθρώσεις ενεργοποιούνται για μετατόπιση της τάξης των 1.6mm, είναι αρθρώσεις διατμήσεως και εμφανίζονται στα μέσα των εσωτερικών στύλων του ισογείου εκτός από τους δύο στύλους που γειτνιάζουν με το άνοιγμα της εισόδου. Επίσης εμφανίζονται πλαστικές αρθρώσεις διατμήσεως στο μέσον των τριών δεξιών ακραίων ανοιγμάτων του ισογείου στα πλαίσια 7BAY_ACC και 7BAY_LOAD. Το πλαίσιο 7BAY_MODE εμφανίζει πλαστική άρθρωση διατμήσεως στο ακραίο δεξιό άνοιγμα του ισογείου. Για μετατόπιση της τάξης των 2.2mm εμφανίζονται πλαστικές αρθρώσεις διατμήσεως σε όλους τους στύλους του ισογείου και στα 4 πρώτα δεξιά ζυγώματα του πρώτου ορόφου στα πλαίσια 7BAY_LOAD και 7BAY_ACC ενώ στο πλαίσιο 7BAY_MODE εμφανίζονται πλαστικές αρθρώσεις στο πρώτο δεξί και στα τρία αριστερά εσωτερικά ζυγώματα του ισογείου. Η τελική αστοχία επέρχεται από τη δημιουργία μηχανισμού διάτμησης σε όλα τα υποστυλώματα του ισογείου (Σχήματα 15 f-i). Τα αποτελέσματα των αναλύσεων με το CAST3M (C: συνεχές μοντέλο, D: διακριτό μοντέλο) δίνονται συνοπτικά στις καμπύλες υπερώθησης των σχημάτων 16, 17, 18 και 19. Επίσης στα σχήματα αυτά δίνονται οι μορφές αστοχίας για το συνεχές και το διακριτό δίστυλο μοντέλο αντίστοιχα για τις τρεις περιπτώσεις φόρτισης. Οι τρεις μέθοδοι μοντελοποίησης (S: SAP2000, C,D: CAST3M) δίνουν παρόμοια αποτελέσματα στην ελαστική περιοχή (ιδιομορφές, ιδιοσυχνότητες, αρχικός κλάδος της καμπύλης υπερώθησης) αλλά οι διαφορές είναι σημαντικές από το σημείο μετάβασης στην ανελαστική περιοχή των παραμορφώσεων και μετά (φόρτιση αστοχίας, μετατόπιση αστοχίας, εικόνα αστοχίας). Οι διαφορές είναι πιο έντονες στο πολύστυλο πλαίσιο (7BAY) από ό,τι στο δίστυλο πλαίσιο (1BAY). Οι φορτίσεις MODE και LOAD δίνουν παρόμοια αποτελέσματα σε ό,τι αφορά την καμπύλη υπερώθησης και την εικόνα αστοχίας, ενώ η φόρτιση ACC δίνει υψηλότερη αντοχή αστοχίας για τα μοντέλα C και D και διαφορετική εικόνα αστοχίας. Αυτό συμβαίνει προφανώς επειδή οι οριζόντιες δυνάμεις κατανέμονται διαφορετικά στην περίπτωση φόρτισης ACC (μεγαλύτερες δυνάμεις στον πρώτο όροφο) από ό,τι στις δύο άλλες περιπτώσεις φόρτισης. Σε κάθε περίπτωση η επιλογή της φόρτισης ACC δεν κρίνεται επιτυχής λόγω του γεγονότος ότι κατά τη διάρκεια ενός σεισμού η κατασκευή παραμορφώνεται συνήθως σύμφωνα με τις πρώτες ιδιομορφές της. Βέβαια, σε περιπτώσεις έντονης συμμετοχής και υψηλότερων ιδιομορφών δεν είναι πλέον σαφές ότι η φόρτιση τύπου ACC είναι ακατάλληλη. Το μοντέλο S1BAY

36 (δίστυλο πλαίσιο, SAP2000) αναπτύσσει τη μέγιστη αντοχή στα 6mm μετατόπιση, το μοντέλο D1BAY (δίστυλο πλαίσιο, διακριτό μοντέλο, CAST3M) αναπτύσσει τη μέγιστη αντοχή στα 15mm και το μοντέλο C1BAY (δίστυλο πλαίσιο, συνεχές μοντέλο, CAST3M) αναπτύσσει τη μέγιστη αντοχή του στα 30mm. Όμοια για το πολύστυλο πλαίσιο η μέγιστη αντοχή αναπτύσσεται για μετατοπίσεις S7BAY: 2mm, D7BAY: 8mm και C7BAY: 15mm. Αυτή είναι μια πολύ σημαντική παρατήρηση καθώς είναι πολύ πιθανό τα σημεία επιτελεστικότητας (performance points) να διαφέρουν σημαντικά από μοντέλο σε μοντέλο. Η μέγιστη αντοχή είναι πολύ κοντά για τα μοντέλα S και D ενώ είναι πολύ υψηλότερη για τα μοντέλα C. Οι μορφές αστοχίας για τις φορτίσεις MODE και LOAD είναι παρόμοιες. Το μοντέλο C1BAY παρουσιάζει καμπτική αστοχία στις δύο δοκούς, διατμητική αστοχία στη κάτω δοκό και καμπτική αστοχία στη βάση των πεσσών. Το μοντέλο D1BAY παρουσιάζει καμπτοδιατμητική αστοχία και στις δύο δοκούς και καμπτοδιατμητική αστοχία στη βάση των πεσσών. Το μοντέλο C7BAY παρουσιάζει καμπτοδιατμητική αστοχία στις κάτω δοκούς, καμπτική αστοχία σε μερικές δοκούς του ορόφου, καμπτοδιατμητική αστοχία στους πάνω εσωτερικούς πεσσούς και στους κάτω πεσσούς στα δεξιά της εισόδου. Το μοντέλο D7BAY παρουσιάζει καμπτοδιατμητική αστοχία στις κάτω δοκούς, καμπτική αστοχία στα άκρα των πεσσών και διατμητική αστοχία στους πεσσούς του ισογείου στα δεξιά της εισόδου. Για τη φόρτιση ACC το μοντέλο C1BAY παρουσιάζει καμπτική αστοχία στις δύο δοκούς, διατμητική αστοχία στη κάτω δοκό και καμπτική αστοχία στη βάση των υποστυλωμάτων. Το μοντέλο C7BAY παρουσιάζει καμπτοδιατμητική αστοχία στις κάτω δοκούς και έντονη διατμητική αστοχία στους κάτω πεσσούς με δυσμενέστερη περιοχή αυτή δεξιά της εισόδου. Η εικόνα για τα μοντέλα D1BAY και D7BAY είναι όμοια με αυτή των άλλων πλαισίων με δυσμενέστερη την επιρροή της τέμνουσας δύναμης στο ισόγειο και ιδιαίτερα στη δεξιά πλευρά. Σχήμα 8. Διάταξη των πλαισίων με τα φορτία τους. Σχήμα 9. Διακριτοποίηση των πλαισίων με το πρόγραμμα SAP2000

37 Σχήμα 10. Επεξήγηση της λογικής προσομοίωσης της ανελαστικής απόκρισης με πλαστικές αρθρώσεις σε πεσσούς και υπέρθυρα (α) Σχήμα 11. (α) Συνεχές προσομοίωμα (κατά Mazars) και (β) διακριτό προσομοίωμα (ελαστικοί πλίνθοι και μη γραμμικοί αρμοί) για ανάλυση με το λογισμικό, CAST3M. (β)

38 Σχήμα 12. Μονοαξονικοί νόμοι τάσης παραμόρφωσης του συνεχούς προσομοιώματος για εφελκυσμό και σύνθλιψη. Σχήμα 13. Κριτήρια αστοχίας των αρμών με τις αντίστοιχες καμπύλες τάσης μετακίνησης για εφελκυσμό, διάτμηση και σύνθλιψη. Περιλαμβάνονται κριτήρια αστοχίας τόσο για το συνεχές προσομοίωμα όσο και για το διακριτό προσομοίωμα. Στο δεύτερο προσομοίωμα η ανελαστική απόκριση αφορά το κονίαμα στους αρμούς για το οποίο υπάρχουν κριτήρια αστοχίας σε εφελκυσμό, σύνθλιψη και διάτμηση. Αυτές οι επιμέρους καμπύλες συνδυάζονται σε ένα γενικό κριτήριο αστοχίας τύπου Mohr-Coulomb.

39 Σχήμα 14. Καμπύλες αντοχής - μετατόπισης για τα πλαίσια με γραμμικά στοιχεία: (a) 1BAY Frame, (b) 7BAY frame. Σχήμα 15. Ιστορία σχηματισμού πλαστικών αρθρώσεων για τα πλαίσια με γραμμικά στοιχεία. Σχήμα 16. (a) Καμπύλες αντοχής μετατόπισης και (b) τύποι αστοχίας για το δίστηλο συνεχές προσομοίωμα Σχήμα 17. (a) Καμπύλες αντοχής μετατόπισης και (b) τύποι αστοχίας για το επτάστυλο συνεχές προσομοίωμα

40 Σχήμα 18. (a) Καμπύλες αντοχής μετατόπισης και (b) τύποι αστοχίας για το δίστηλο διακριτό προσομοίωμα Σχήμα 19. (a) Καμπύλες αντοχής μετατόπισης και (b) τύποι αστοχίας για το επτάστυλο διακριτό προσομοίωμα Από τις αναλύσεις που έγιναν προέκυψαν οι καμπύλες αντοχής μετατόπισης για τα πλαίσια που εξετάστηκαν. Με την χρήση των αντοχών αυτών και του συνολικού κατακόρυφου φορτίου των πλαισίων προκύπτουν οι ισοδύναμοι συντελεστές σεισμικής επιβάρυνσης που δύνανται να αντέξουν τα πλαίσια αυτά (πίνακας 3). Πίνακας 3. Ισοδύναμοι συντελεστές σεισμικής επιβάρυνσης για διαφορετικούς τύπους ανελαστικού προσομοιώματος και διαφορετική κατανομή σεισμικών φορτίων. Ισοδύναμοι συντελεστές σεισμικής επιβάρυνσης FRAME TYPE 1 BAY 7 BAY LOAD TYPE LOAD, MODE ACC LOAD, MODE ACC SAP2000 Nonlinear Frame Elements 0.26g 0.24g Continuous Model 0.30g 0.36g 0.47g 0.55g Discrete Model 0.25g 0.31g 0.29g 0.33g Από τον πίνακα αυτό προκύπτει το συμπέρασμα ότι τα συνεχή ανελαστικά προσομοιώματα δίνουν γενικότερα μεγάλη αντοχή όταν προσομοιώνουν κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία. Επίσης κατά την προσομοίωση των σεισμικών φορτίων με δυνάμεις, συναρτήσει της κατανομής της μάζας του κτιρίου καθ ύψος (ACC), η αντοχή του κτιρίου προκύπτει μεγαλύτερη. Με την χρήση αντεστραμμένης τριγωνικής φόρτισης (LOAD) ή παρόμοιας φόρτισης η οποία προκύπτει με την χρήση των κυριότερων ιδιομορφών (MODE) η αντοχή του κτιρίου από φέρουσα τοιχοποιία προκύπτει μικρότερη. Ως γενικότερο συμπέρασμα προκύπτει ότι για τα πλαίσια που θεωρήθηκαν, με ιδιότητες

41 των συνήθων κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία, ο ισοδύναμος συντελεστής σεισμικής επιβάρυνσης που δύνανται να αντέξουν είναι της τάξης του 0.25g ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΩΝ ΚΤΙΡΙΩΝ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ ΚΑΙ ΓΕΝΙΚΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ακολούθως δίνονται τα αναλυτικά προσομοιώματα υφιστάμενων κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία τα οποία αναλύθηκαν με πεπερασμένα στοιχεία (γραμμικά είτε επιφανειακά είτε σε συνδυασμό) σε κατακόρυφα και σεισμικά φορτία.

42 Τα κοινά χαρακτηριστικά των κτιρίων αυτών είναι: Είναι κατασκευασμένα από φέρουσα τοιχοποιία Έχουν καταπονηθεί από αρκετούς ισχυρούς σεισμούς μέχρι σήμερα Έχουν διατηρηθεί με μικρές και επισκευάσιμες βλάβες από σεισμούς που έγιναν στην περιοχή τους και έχει αποδειχθεί η ικανότητά τους να ανθίστανται σε σεισμικά φορτία Κατά την επίλυσή τους με γραμμικά ή επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία έχει παρατηρηθεί ό,τι εφαρμόζοντας σεισμικά φορτία σύγχρονων κανονισμών, προκύπτει αστοχία σε τόσες θέσεις ώστε να θεωρείται ότι για τον σεισμό σχεδιασμού το κτίριο καταρρέει. Κατάσταση η οποία δεν επαληθεύεται επειδή το κτίριο υφίσταται μέχρι σήμερα. Κατά την επίλυσή τους με γραμμικά ή επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία έχει παρατηρηθεί ότι οριακά μπορούν να αντέξουν οριζόντιες δυνάμεις που να προκύπτουν βάσει των συντελεστών σεισμικής επιβάρυνσης που προτείνονται από τον Αντισεισμικό Κανονισμό

43 που ίσχυε μετά το Κατά την δυναμική φασματική ανάλυσή των πιο πάνω κτιρίων οι συντελεστές αυτοί βρέθηκαν αυξημένοι κατά 80%

44 5. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΠΡΟΣΦΑΤΩΝ ΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΩΝ Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται αποτελέσματα από την επεξεργασία ισχυρών σεισμικών διεγέρσεων που καταγράφηκαν από το Εθνικό Δίκτυο Επιταχυνσιογράφων του ΟΑΣΠ, Διεύθυνση Έρευνας ΙΤΣΑΚ. Σχήμα 20. Εθνικό Δίκτυο Επιταχυνσιογράφων του Ο.Α.Σ.Π. Διεύθυνση Έρευνας ΙΤΣΑΚ. Η περιοχή της Νότιας, Δυτικής και Βορειοδυτικής Πελοποννήσου πλήττεται συχνά από ισχυρούς σεισμούς. Τα τελευταία 3 χρόνια σημειώθηκαν τέσσερις ισχυροί σεισμοί στην περιοχή. Αυτοί οι σεισμοί καθώς επίσης και οι δύο καταστροφικοί σεισμοί του Αιγίου (1995) και της Καλαμάτας (1986) περιγράφονται συνοπτικά στις παρακάτω παραγράφους. 5.1 Σεισμός των Κυθήρων Ο σεισμός των Κυθήρων, μεγέθους Μ6.9, συνέβη την 8/1/2006 στις 13:34 τοπική ώρα στη Νότια Πελοπόννησο. Οι συντεταγμένες του επίκεντρου ήταν 36.16ο Β και 23.36ο Α και το εστιακό βάθος ήταν 66km με αποτέλεσμα ο σεισμός να καταταχθεί ως σεισμός ενδιαμέσου βάθους. Ο σεισμός έγινε αισθητός σε μεγάλες αποστάσεις από το επίκεντρο. Η διέγερση καταγράφηκε από πολλούς επιταχυνσιογράφους του Εθνικού Δικτύου (ΕΔΕ) του ΙΤΣΑΚ καθώς επίσης και από αρκετά επιταχυνσιόμετρα τοπικών δικτύων του ΙΤΣΑΚ κατέγραψαν την κίνηση του εδάφους. Οι καταγεγραμμένες επιταχύνσεις είχαν χαμηλές τιμές σε σύγκριση με άλλους ισχυρούς σεισμούς της Νότια Ελλάδας. Το γεγονός ότι ο σεισμός έγινε αισθητός σε μεγάλη περιοχή καθώς επίσης και οι χαμηλές επιταχύνσεις οφείλονται στο βάθος του επικέντρου του σεισμού. Αυτό φαίνεται λογικό εάν αναλογισθεί κανείς ότι για την ίδια ενέργεια, η κίνηση είναι αντιστρόφως ανάλογη με την ποσότητα της γήινης μάζας που υπόκειται σε διέγερση. Όσο βαθύτερα βρίσκεται το επίκεντρο του σεισμού τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα που υπόκειται σε διέγερση. (Ερευνητές ΙΤΣΑΚ, 2006).

45 5.2 Σεισμός του Λεωνιδίου Ο σεισμός αυτός ήταν μεγέθους Μ6.5, συνέβη στις 6/1/2008, 07:14 τοπική ώρα στις ακτές της Νότια Πελοποννήσου. Οι συντεταγμένες του επικέντρου ήταν 37.1 ο Β και 22.7 ο Α και το εστιακό βάθος ήταν 80km με αποτέλεσμα ο σεισμός να καταταχθεί ως σεισμός ενδιαμέσου βάθους. Ο σεισμός έγινε αισθητός σχεδόν σε ολόκληρη την χώρα καθώς επίσης και στην Νότια Ιταλία. Καταγραφές έγιναν από πολλά όργανα του Ε.Δ.Ε. του ΙΤΣΑΚ και από το δίκτυο της γέφυρας της Χαλκίδας. Λόγω του βάθους του επικέντρου οι αναπτυσσόμενες επιταχύνσεις που καταγράφηκαν ήταν επίσης χαμηλές. Κάποια αίτια για αυτό περιγράφηκαν στην προηγούμενη παράγραφο. ΙΤΣΑΚ, (αναφορά προς ΥΠΕΧΩΔΕ, 2008). 5.3 Σεισμός της Κορώνης Ο σεισμός αυτός ήταν μεγέθους Μ6.7, συνέβη στις 14/2/2008 στις 12:09 τοπική ώρα στην θάλασσα κοντά στην Νότια Πελοπόννησο. Οι συντεταγμένες του επίκεντρου του σεισμού ήταν ο Β και ο Α και το εστιακό βάθος ήταν 35km με αποτέλεσμα ο σεισμός να καταταχθεί ως επιφανειακός. Έγιναν πολλές καταγραφές του σεισμού από Επιταχυνσιογράφους του ΕΔΕ του ΙΤΣΑΚ. Καταγράφηκαν χαμηλές επιταχύνσεις λόγω της μεγάλης απόστασης του επικέντρου του σεισμού από το δομημένο περιβάλλον (το επίκεντρο βρίσκεται στην θάλασσα) και άρα από όργανα του ΕΔΕ. ΙΤΣΑΚ, (αναφορά προς ΥΠΕΧΩΔΕ, 2008). 5.4 Σεισμός Αχαΐας Ηλείας Το μέγεθος του σεισμού αυτού ήταν Μ6.5. Συνέβη στις 8/6/2008 στις 12:25 τοπική ώρα στην Βορειοδυτική Πελοπόννησο. Οι συντεταγμένες του επικέντρου ήταν ο Β και ο Α και το βάθος του επικέντρου ήταν 31km, με αποτέλεσμα ο σεισμός αυτός να καταταχθεί ως επιφανειακός. Ο σεισμός έγινε έντονα αισθητός στην Νότια Ελλάδα και καταγράφηκε από πολλά όργανα του ΕΔΕ του ΙΤΣΑΚ. Επίσης οι καταγεγραμμένες επιταχύνσεις είχαν υψηλότερες τιμές από τις επιταχύνσεις των προηγούμενων σεισμών. Παρατηρήθηκαν βλάβες και καταρρεύσεις σε πολλά κτίρια. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι το επίκεντρο βρίσκονταν κοντά στο δομημένο περιβάλλον καθώς επίσης και στο μικρότερο εστιακό βάθος. Για τους ίδιους λόγους καταγράφηκαν υψηλές τιμές επιταχύνσεων. (ITSAK et al, 2008). 5.5 Παλαιότεροι Καταστροφικοί Σεισμοί της Περιοχής Σειμός Καλαμάτας (1986): Αυτός ο σεισμός μεγέθους Μ6.2 προκάλεσε βαριές ζημιές και 20 άνθρωποι έχασαν την ζωή τους. Οι καταγραφές των επιταχύνσεων έγιναν σε απόσταση 9km από το επίκεντρο του κυρίως σεισμού και σε απόσταση 1km από το επίκεντρο του κυρίως μετασεισμού. Οι καταγραφές χαρακτηρίζονται από υψηλές φασματικές επιταχύνσεις. Για τον λόγο αυτό παρατηρήθηκαν μερικές ή ολικές καταρρεύσεις σε επτά κτίρια από σκυρόδεμα, (Karantoni, Fardis, 1992). Σεισμός Αιγίου (1995): Αυτός ο σεισμός είχε μέγεθος Μ6.4 και 26 άνθρωποι έχασαν την ζωή τους. Προκλήθηκαν αρκετές βλάβες σε περιοχές. Οι επιταχύνσεις που καταγράφηκαν ήταν οι υψηλότερες που σημειώθηκαν μέχρι τότε. Παρά τις υψηλές επιταχύνσεις που καταγράφηκαν και παρά τα φάσματα απόκρισης με υψηλές επιταχύνσεις που προέκυψαν, οι βλάβες ήταν συγκριτικά χαμηλότερες από αυτές που αναμένονταν. Αυτό ισχύει εάν αναλογισθεί κανείς ότι για την μεγαλύτερη πλειοψηφία των κτιρίων ο αντισεισμικός σχεδιασμός έγινε χωρίς την επιβολή αυστηρών διατάξεων (Αντισεισμικός Κανονισμός 1959) και οι κατασκευές έγιναν χωρίς την εφαρμογή αντισεισμικών κατασκευαστικών διατάξεων (Lekidis at al, 1999). 5.6 Συνοπτική Περιγραφή Βλαβών Γεωτεχνικού Χαρακτήρα Από το σεισμό των Κυθήρων παρατηρήθηκαν ελαφρές βλάβες σε λιμενικές εγκαταστάσεις στο κύριο λιμάνι του Νησιού. Επίσης στο κέντρο και κοντά στο Νοτιοδυτικό τμήμα του Νησιού παρατηρήθηκαν κατολισθήσεις εδαφών, πτώσεις βράχων καθώς επίσης και βλάβες στο οδικό δίκτυο. Οι αστοχίες φυσικών πρανών, ορυγμάτων (τεχνητών πρανών) και επιχωμάτων οδοποιϊας που προκλήθηκαν από το σεισμό του Λεωνιδίου της 6 ης Ιανουαρίου 2008 ήταν γεωγραφικά ιδιαίτερα περιορισμένες. Εντοπίσθηκαν μεμονωμένες μόνον περιπτώσεις κατολισθήσεων φυσικών πρανών, αστοχίας οδικών επιχωμάτων χωρίς εμφάνιση ρηγματώσεων επί του ασφαλτοτάπητα του οδικού

46 δικτύου. Μετά τον κύριο σεισμό της 6 ης Ιανουαρίου 2008, παρατηρήθηκαν μικρά προβλήματα στο δίκτυο ύδρευσης του Λεωνιδίου. Συγκεκριμένα αναφέρθηκαν δύο αστοχίες στο δίκτυο ύδρευσης οι οποίες και αποκαταστάθηκαν άμεσα. ΙΤΣΑΚ, (αναφορά προς ΥΠΕΧΩΔΕ, 2008). Από τον σεισμό της Κορώνης στις 14 Φεβρουαρίου 2008 δεν παρατηρήθηκαν βλάβες γεωτεχνικού χαρακτήρα σε αντίστοιχα έργα και σε γραμμές ζωής. Κατά τον Σεισμό Αχαΐας Ηλείας παρατηρήθηκαν ένα πλήθος από κατολισθήσεις εδαφών και πτώσεις βράχων σε μια ευρεία περιοχή γύρω από το επίκεντρο του κυρίως σεισμού. Αυτά τα φαινόμενα ήταν εντονότερα στα χωριά Πόρτες, Σαντομέρη και Βάλμη. Στην περιοχή κοντά στην Κάτω Αχαϊά παρατηρήθηκαν μέρη με ρευστοποίηση του εδάφους. Στον οικισμό Βραχναίικα παρατηρήθηκαν καθιζήσεις στην περιοχή της ακτογραμμής. Επίσης στο λιμάνι της Πάτρας παρατηρήθηκε έντονη καταπόνηση του κυματοθραύστη. 5.7 Περιγραφή Κτιρίων από Φέρουσα Τοιχοποιία Οι κατασκευές από τοιχοποιία που παρατηρήθηκαν στις προαναφερθείσες πληγείσες περιοχές κατατάσσονται σε πέντε κατηγορίες. α) Σε μονώροφα ή διώροφα κτίρια κατοικιών με ωμοπλινθοδομή. Πολλά είναι τα κτίρια με φέροντα οργανισμό από ωμοπλινθοδομή στους οικισμούς των νομών Αχαΐας Ηλείας. Οι ωμόπλινθοι κατασκευάσθηκαν από άργιλο και περιέχουν στην μάζα τους ποσότητα άχυρου. Οι τοιχοποιίες από ωμόπλινθους έχουν αργιλοκονίαμα ως συνδετικό υλικό. Πρόκειται για μονώροφα ή διώροφα κτίρια στα οποία οι περιμετρικοί τοίχοι καθώς και κάποιοι κύριοι φέροντες εσωτερικοί τοίχοι είναι κατασκευασμένοι με ωμόπλινθους. Στο κατακόρυφο φέρον σύστημα αυτών των κτιρίων υπάρχουν επίσης τοίχοι με ξύλινα πλαίσια και κατακόρυφο επιχρισμένο σανίδωμα τοποθετημένο ανά αποστάσεις. Στα διώροφα κτίρια το δάπεδο του ορόφου αποτελείται από ξυλοδοκούς σε μία διεύθυνση με σανίδωμα στο άνω και κάτω μέρος τους. Επίσης ξύλινη είναι η στέγη της οροφής ορόφου. Η στέγη επικάλυψης των κτιρίων αυτών εδράζεται στις περιμετρικές τοιχοποιίες και στα εσωτερικά χωρίσματα. Η έδραση της στέγης στις τοιχοποιίες γίνεται μέσω παράλληλων ξυλοδοκών που εδράζονται στην στέψη των τοιχοποιιών και συνδέονται εγκάρσια με ξύλινα στοιχεία. Επίσης σε ορισμένες περιπτώσεις γίνονταν χρήση ξύλινων στοιχείων ως σενάζ. β) Σε μονώροφα ή διώροφα κτίρια με λιθοδομή. Επίσης σε πολλούς οικισμούς της Πελοποννήσου υπάρχουν κτίρια με φέροντα οργανισμό από λιθοδομή. Διακρίθηκαν δύο κατηγορίες. Λιθοδομές με αργιλοκονίαμα και λιθοδομές με ασβεστοκονίαμα. Οι λίθοι που χρησιμοποιούνται είναι είτε ακατέργαστοι είτε ημικατεργασμένοι. Κατά τα λοιπά τα κτίρια αυτά είναι όμοια με τα κτίρια της προηγούμενης κατηγορίας. Τα κτίρια των δύο παραπάνω κατηγοριών χρησιμοποιούνται συνήθως ως στάβλοι, αποθήκες, επαγγελματικοί χώροι και κατοικίες. γ) Σε μονώροφα έως τριώροφα κτίρια με τοιχοποιίες από λιθοδομή ή/και οπτοπλινθοδομή. Στις τοιχοποιίες αυτών των κτιρίων ως συνδετικό κονίαμα χρησιμοποιείται κυρίως ασβεστοκονίαμα. Επίσης σε πολλά τέτοια κτίρια γίνεται χρήση μεταλλικών στοιχείων κατά το μήκος των τοιχοποιιών. Στο πέρας των μεταλλικών αυτών στοιχείων γίνεται κατάλληλη διαμόρφωση για αγκύρωση στους εξωτερικούς εγκάρσιους τοίχους. Οι στάθμες των δαπέδων είναι γενικά δύσκαμπτες και κατασκευάζονται με πολλούς τρόπους (ξύλο ή τούβλα ή/και σκυρόδεμα). Η οροφή του ανώτερου ορόφου αποτελείται από ξύλινη στέγη. Ορισμένα τέτοια κτίρια υπάρχουν στους οικισμούς της Πελοποννήσου αλλά κυρίως συναντιόνται στα ιστορικά κέντρα των πόλεων (Πάτρα, Πύργος, Αμαλιάδα, Κύθηρα, Λεωνίδιο κ.α.). δ) Σε κτίρια ναών. Οι ναοί αυτοί είναι δομημένοι κυρίως με λίθους και/ή τούβλα. Ως συνδετικό υλικό χρησιμοποιείται ασβεστοκονίαμα κυρίως. Η μορφολογία των τύπων των Ναών εμφανίζει μεγάλη ποικιλία και για τον λόγο αυτό οριακά μπορούν να ενταχθούν σε μία κατηγορία. Οι κατασκευές αυτές συνοδεύονται από κωδωνοστάσια τα οποία είναι δομημένα από παρόμοια υλικά με αυτά του Ναού και βρίσκονται είτε κοντά είτε σε επαφή με τον Ναό. ε) Σε λοιπές κατασκευές. Αυτές οι κατασκευές περιλαμβάνουν κάστρα και ερείπια αρχαιολογικών χώρων. Είναι κατασκευές από λιθοδομή και/ή οπτοπλινθοδομή με συνδετικό κονίαμα. Μερικές λιθοδομές είναι δομημένες χωρίς συνδετικό κονίαμα.

47 5.8 Απόκριση των Κτιρίων από Φέρουσα Τοιχοποιία κατά τον Σεισμό των Κυθήρων Από τον σεισμό των Κυθήρων παρουσιάσθηκαν βλάβες σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία. Ειδικότερα σε κτίρια κατοικιών από λιθοδομή με ασβεστοκονίαμα σημειώθηκαν βλάβες ή/και μερική κατάρρευση. Σε διατηρητέα κτίρια με φέρουσα τοιχοποία επίσης παρατηρήθηκαν ρηγματώσεις σε λιθοδομές των ανώτερων ορόφων. Επίσης σημειώθηκαν αρκετές βλάβες σε λιθοδομές Ναών που βρίσκονται στο νησί των Κυθήρων. Αυτές οι βλάβες εμφανίζονται σε φέρουσες κατακόρυφες λιθοδομές, σε τόξα και σε σταυροθόλια. Ειδικότερα στον Ναό Αγ. Τριάδος Μητάτων παρατηρήθηκαν εκτενείς βλάβες σε δύο κωδωνοστάσια. Το χαρακτηριστικό αυτών των κατασκευών είναι ότι κτίσθηκαν ως τμήμα του Ναού αλλά εξέχουν πάνω από την στέγη του. Οι βλάβες στα κωδωνοστάσια συγκεντρώνονται στο σημείο της στέγης του Ναού όπου εξέχουν. 5.9 Απόκριση των Κτιρίων από Φέρουσα Τοιχοποιία κατά τους Σεισμούς Λεωνιδίου και Κορώνης Σεισμός Λεωνιδίου: Ομοίως όπως στον σεισμό των Κυθήρων παρατηρήθηκαν βλάβες κυρίως στο άνω μέρος λιθοδομών σε κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία. Στους Ναούς διαπιστώθηκαν βλάβες σε δύο κωδωνοστάσια. Η καταγραφή του σεισμού αυτού έγινε σε μεγάλη απόσταση από την πλησιέστερη στο επίκεντρο κατοικημένη περιοχή. Στην περιοχή της καταγραφής δεν παρουσιάσθηκαν βλάβες σε κατασκευές. Σεισμός Κορώνης: Από τον σεισμό αυτό διαπιστώθηκαν περιορισμένες έως ασήμαντες βλάβες στο δομημένο περιβάλλον της περιοχής. Αυτό οφείλεται στην απόσταση του επικέντρου από τα παράλια της Πελοποννήσου Απόκριση των Κτιρίων από Φέρουσα Τοιχοποιία κατά τον Σεισμό Αχαΐας Ηλείας Τα κτίρια από φέρουσα λιθοδομή, ωμοπλινθοδομή ή οπτοπλινθοδομή έχουν συνήθως έναν ή δύο και σπανιότερα μέχρι τρεις ορόφους. Αποτελούν ένα μεγάλο ποσοστό του δομικού πλούτου των δύο Νομών. Παρατηρήθηκαν ολικές ή μερικές καταρρεύσεις σε κτίρια από ωμόπλινθους και από λιθοδομή. Οι ρηγματώσεις και τοπικές καταρρεύσεις των λιθοδομών και ωμοπλινθοδομών που παρατηρήθηκαν σε κτίρια αυτού του τύπου αποδίδονται κυρίως σε ελλιπείς ή και ανύπαρκτες αντισεισμικές τεχνικές καθώς και στην ήδη κακή κατάσταση τους πριν από τον σεισμό (λόγω μεγάλης ηλικίας και ανεπαρκούς συντήρησης). Μερικές ή ολικές καταρρεύσεις σε τέτοια κτίρια παρατηρήθηκαν κυρίως στους οικισμούς Φώσταινα, Σαντομέρι, Βάλμη, Κάτω Αχαΐα και Βραχναίικα. Οι περισσότερες βλάβες σε τέτοια κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία παρατηρήθηκαν στον οικισμό Βάλμη και σε παλαιά και ήδη σε όχι καλή κατάσταση κτίρια στις υπόλοιπες περιοχές. Χαρακτηριστικό είναι ότι σε πρόσφατα ανακαινισμένα κτίρια από λιθοδομή με αργιλοκονίαμα στο Σαντομέρι, όπου είχαν γίνει αρμολογήματα και είχαν κατασκευασθεί μανδύες εκτοξευόμενου σκυροδέματος δεν παρουσιάσθηκαν βλάβες στα ενισχυμένα στοιχεία. Σε διατηρητέα κτίρια από λιθοδομή ή/και οπτοπλινθοδομή με ασβεστοκονίαμα τα οποία σώζονται σε καλή κατάσταση παρατηρήθηκαν ρηγματώσεις κυρίως στο άνω μέρος του ανώτερου ορόφου. Επίσης ήταν αρκετές οι περιπτώσεις στις οποίες εμφανίσθηκαν ρηγματώσεις από το άνω μέρος των ανοιγμάτων των λιθοδομών (παραθύρων) προς την στέγη. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι η επικάλυψη του ορόφου (συνήθως στέγη) δεν προσφέρει ικανοποιητική διαφραγματική λειτουργία, οπότε κάθε τοίχος ταλαντώνεται χωρίς δέσμευση (μειωμένη διαφραγματική λειτουργία). Επίσης οι τοιχοποιίες στο άνω μέρος του ανώτερου ορόφου έχουν σημαντικά περιορισμένη αξονική φόρτιση και άρα μειωμένη αντοχή. Σοβαρές βλάβες παρατηρήθηκαν επίσης σε λιθόκτιστους Ιερούς Ναούς και σε πύργους κωδωνοστασίων. Σημειώνεται ότι η πλειονότητα των ναών της περιοχής διαθέτει λιθόκτιστη περιμετρική τοιχοποιία με ορθογωνική κάτοψη. Βλάβες (ρηγματώσεις) παρατηρήθηκαν στους περιμετρικούς τοίχους, καθώς επίσης και στις γωνίες συμβολής δύο εγκάρσιων τοίχων. Σε μερικές περιπτώσεις ναών, προϋπάρχουσες ρηγματώσεις λιθοδομών επιδεινώθηκαν με αφορμή το σεισμικό συμβάν. Τα περισσότερα κωδωνοστάσια είναι επίσης λιθόκτιστα και αρκετά εμφάνισαν βλάβες. Οι βλάβες αυτές αποδίδονται στο γεγονός ότι τα κωδωνοστάσια έως ορισμένο ύψος βρίσκονται σε επαφή με τον Ναό και στο υπόλοιπο ύψος εξέχουν από τον Ναό. Τα εξέχοντα τμήματα ταλαντώνονται ως φορείς με μεγαλύτερη ευκαμψία, συγκριτικά με τον Ναό και οι βλάβες συγκεντρώνονται στην θέση του πέρατος της στέγης του Ναού.

48 Εικόνα 1. Θέση του ρήγματος και του επικέντρου του σεισμού Αχαΐας Ηλείας. (ITSAK et al, 2008). Επισήμανση των περιοχών διενέργειας αυτοψιών από κλιμάκια του ΙΤΣΑΚ. 6. ΕΙΚΟΝΕΣ ΒΛΑΒΩΝ ΣΕ ΚΤΙΡΙΑ ΑΠΟ ΦΕΡΟΥΣΑ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑ Ακολούθως παρουσιάζονται εικόνες βλαβών σε κατασκευές από φέρουσα τοιχοποιία σε κάθε περιοχή όπου έπληξε σεισμός στην Πελοπόννησο τα τελευταία τρία χρόνια. Δεν παρουσιάζονται βλάβες από τον σεισμό της Κορώνης επειδή οι βλάβες που αναπτύχθηκαν στα κτίρια ήταν από μικρές έως αμελητέες.

49 6.1 Σεισμός Κυθήρων Εικ. 2. Βλάβες σε κωδωνοστάσιο, Αγία Τριάδα Εικ. 3. Βλάβες σε κωδωνοστάσιο, εσωτερικά Εικ. 4. Αστοχία κτιρίου στον οικισμό Μιτάτα Εικ. 5. Οικισμός Ποταμός, Άγιος Γεώργιος, βλάβες σε κωδωνοστάσιο 6.2 Σεισμός Λεωνιδίου Εικ. 6. Λεωνίδιο, ρηγμάτωση τοιχοποιίας Εικ. 7. Λεωνίδιο, ρηγματώσεις τοιχοποιιών στον ανώτερο όροφο

50 Εικ. 8. Λεωνίδιο, ρηγματώσεις τοιχοποιιών στον ανώτερο όροφο Εικ. 9. Ρηγματώσεις στην άνω στάθμη λιθόκτιστου κωδωνοστασίου στο Λεωνίδιο 6.3 Σεισμός Αχαΐας - Ηλείας Εικ. 10. Ρηγμάτωση σε κωδωνοστάσιο Ναού στην Φώσταινα Αχαϊας Εικ. 11. Ρηγματώσεις και μερικές καταρρεύσεις πεσσών σε μονώροφο κτίριο, Φώσταινα Εικ. 12. Κατάρρευση κτιρίου στην Φώσταινα, απεγκλωβισμός επιζώντα Εικ. 13. Μερικές καταρρεύσεις λιθοδομών στο Σαντομέρι. Αχαϊας

51 Εικ. 14. Κατάρρευση κτιρίου στη Βάλμη Εικ. 15. Μερική κατάρρευση Ναού στη Βάλμη Εικ. 16. Ρηγματώσεις σε τοιχοποιίες του άνω ορόφου σε κτίριο στην Αμαλιάδα Εικ. 17. Ρηγματώσεις σε τοιχοποιίες του άνω ορόφου σε κτίριο στην Αμαλιάδα Εικ. 18. Ρηγματώσεις στο μέσον και στα άκρα τόξων Ναού στην Αμαλιάδα Εικ. 19. Ελαφρές ρηγματώσεις στο άνω μέρος τοιχοποιιών Ναού στην περιοχή Ανδραβίδας

52 Εικ. 20. Ρηγματώσεις σε τοιχοποιίες του άνω ορόφου σε κτίριο στην Κ. Αχαϊά Εικ. 21. Ρηγματώσεις σε κωδωνοστάσιο στα Βραχναίικα Από τις καταγραφές του δικτύου επιταχυνσιογράφων του ΙΤΣΑΚ για τρεις κύριους σεισμούς της περιοχής της Πελοποννήσου, Σχήματα 21 23, σχεδιάσθηκαν τα φάσματα απόκρισης, Σχήματα Όπως προκύπτει από αυτά οι ισχυρότερες φασματικές επιταχύνσεις παρατηρούνται για τον σεισμό Αχαΐας Ηλείας. Για αυτό το σεισμό παρατηρείται έξαρση στην φασματική επιτάχυνση για ιδιοπεριόδους 0.18sec και 0.30sec. Με απλουστευμένη θεώρηση η πρώτη ιδιοπερίοδος είναι κοντά στην ιδιοπερίοδο διώροφων κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία που υπάρχουν στην περιοχή. Για τους δύο άλλους σεισμούς για τους οποίους σχεδιάσθηκαν τα φάσματα απόκρισης οι φασματικές επιταχύνσεις για την ίδια περιοχή ιδιοπεριόδων είναι χαμηλότερες με τα φάσματα του σεισμού της Κορώνης να έχουν την χαμηλότερη τιμή. Στον πίνακα 4, οι μέγιστες φασματικές επιταχύνσεις που καταγράφηκαν (στήλη 2) συγκρίνονται με τις φασματικές επιταχύνσεις του Αντισεισμικού κανονισμού μετά την θεώρηση της φασματικής ενίσχυσης και του συντελεστή συμπεριφοράς (στήλη 4) και προκύπτει αξιοπρόσεκτη διαφορά για τον σεισμό Αχαΐας Ηλείας. Επίσης σε άλλη στήλη του ίδιου πίνακα υπολογίζονται οι φασματικές επιταχύνσεις που θα προέκυπταν από τις μέγιστες τιμές των φασματικών επιταχύνσεων που υπολογίσθηκαν στα σχήματα Αυτός ο υπολογισμός γίνεται σύμφωνα με πρόταση της FEMA368 σύμφωνα με τη οποία η ενεργός επιτάχυνση (στο διάστημα της μέγιστης σταθερής τιμής του φάσματος) είναι: (2/3)*Sa max. Όπως δείχνει ο Πίνακας 4, στήλη 5, οι ομαλοποιημένες επιταχύνσεις του σεισμού Αχαϊας Ηλείας είχαν μέγιστη τιμή 0.57g. Αυτό που αναμένεται στην περίπτωση αυτή είναι ότι για αυτές τις επιταχύνσεις θα έπρεπε να ήταν σημαντικά μεγαλύτερες οι καταρρεύσεις στην περιοχή του Πύργου και ομοίως του Βαρθολομιού. Όπως προέκυψε από τις επιτόπου αυτοψίες στις περιοχές αυτές δεν σημειώθηκε καμία κατάρρευση. Οι κύριες παράμετροι οι οποίες ενδεχομένως θα πρέπει να διερευνηθούν είναι οι συντελεστές απόσβεσης υλικού και ο συντελεστής συμπεριφοράς. Ο συντελεστής απόσβεσης υλικού για τα κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία με βάση τους σύγχρονους Αντισεισμικούς Κανονισμούς ορίζεται σε 5%. Ενώ ο συντελεστής αυτός κρίνεται ως ορθός για υλικά όπως το Σκυρόδεμα για τα κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία τα οποία είναι διάσπαρτα σε όλη την Ελληνική επικράτεια, με σημαντικές διαφορές στον τρόπο δόμησης, διακρίνεται μια ανάγκη για επανακαθορισμό.

53 ΣΕΙΣΜΟΣ ΚΥΘΗΡΩΝ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΑΓ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ "L" 150 cm/sec ΣΕΙΣΜΟΣ ΚΥΘΗΡΩΝ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΥΘΗΡΑ "L" 150 cm/sec Σχήμα 21. Επιταχυνσιογραφήματα του σεισμού των Κυθήρων σε Άγ. Νικόλαο Λακωνίας και Κύθηρα ΣΕΙΣΜΟΣ ΚΟΡΩΝΗΣ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΟΡΩΝΗ "L" cm/sec ΣΕΙΣΜΟΣ ΚΟΡΩΝΗΣ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΟΡΩΝΗ "T" 100 cm/sec Σχήμα 22. Επιταχυνσιογραφήματα του σεισμού της Κορώνης (δύο οριζόντιες συνιστώσες) ΣΕΙΣΜΟΣ ΑΧΑΪΑΣ - ΗΛΕΙΑΣ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΠΥΡΓΟΣ "T" 200 cm/sec ΣΕΙΣΜΟΣ ΑΧΑΪΑΣ - ΗΛΕΙΑΣ, ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΒΑΡΘ. "T" 200 cm/sec Σχήμα 23. Επιταχυνσιογραφήματα του σεισμού Αχαϊας Ηλείας (καταγραφή Πύργος, Βαρθολομιό) Sa(g) ΣΕΙΣΜΟΣ ΚΥΘΗΡΩΝ 0.90 ΕΝΤΟΝΗ ΓΡΑΜΜΗ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΑΓ. ΝΙΚΟΛΑΟΣ ΛΑΚΩΝΙΑΣ L,T 0.75 ΛΕΠΤΗ ΓΡΑΜΜΗ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΥΘΗΡΑ L,T T(sec) 1.6 Σχήμα 24. Ελαστικά φάσματα του σεισμού των Κυθήρων (ζ=0.05) Sa(g) T(sec) 1.6 Σχήμα 25. Ελαστικά φάσματα του σεισμού της Κορώνης (ζ=0.05)

54 Sa(g) ΣΕΙΣΜΟΣ ΑΧΑΪΑΣ - ΗΛΕΙΑΣ ΛΕΠΤΗ ΓΡΑΜΜΗ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΠΥΡΓΟΥ L,T ΕΝΤΟΝΗ ΓΡΑΜΜΗ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΒΑΡΘΟΛΟΜΙΟΥ L,T T(sec) 1.6 Σχήμα 26. Ελαστικά φάσματα του σεισμού Αχαΐας Ηλείας (ζ=0.05) Αυτό κρίνεται σκόπιμο εάν αναλογισθεί κανείς ότι ποσοστό απόσβεσης 5% ορίζουν οι σύγχρονοι κανονισμοί για κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία στην περίπτωση κατά την οποία αυτά σχεδιάζονται και κατασκευάζονται στο πλαίσιο μιας σύγχρονης μελέτης με κονιάματα και πλίνθους ή λίθους σύγχρονων προδιαγραφών. Για τον λόγο αυτό για τις δύο καταγραφές του σεισμού Αχαϊας Ηλείας στον Πύργο και το Βαρθολομιό υπολογίζονται τα φάσματα απόκρισης για ποσοστά απόσβεσης 5%, 10%, και 20%. Για τα φάσματα που αντιστοιχούν σε αυτές τις αποσβέσεις γίνεται ομαλοποίηση στο 66% της μέγιστης επιτάχυνσης και προκύπτουν οι αντίστοιχες επιταχύνσεις, Σχήματα 27 και 28. Πίνακας 4. Υπολογισμός φασματικών επιταχύνσεων. Σεισμός Sa omax Sa max T 2.5*Ao/ q (2/3)*Sa max (1) (2) (3) (4)=2.5*0.24/1.5 (5)=2/3*(2) Κορώνη 0.07g 0.31g 0.28sec 0.6g/1.5= g Κύθηρα Αχαΐα - Ηλεία 0.15g 0.65g 0.46g 0.55sec 0.32sec 0.6g/1.5= g 0.31g 0.21g 0.87g 0.18sec 0.6g/1.5= g Sa(g) ΣΕΙΣΜΟΣ ΑΧΑΪΑΣ - ΗΛΕΙΑΣ ζ=0.20 ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΒΑΡΘΟΛΟΜΙΟΥ ζ=0.05 ζ= g 0.33g 0.23g T(sec) 1.6 Σχήμα 27. Φάσματα επιταχύνσεων της καταγραφής του σεισμού Αχαΐας Ηλείας από το Βαρθολομιό για διάφορα ποσοστά απόσβεσης (συνεχείς γραμμές). Oμαλοποίηση στο 0.66 της Sa(g) ζ=0.20 ΣΕΙΣΜΟΣ ΑΧΑΪΑΣ - ΗΛΕΙΑΣ ζ=0.05 ζ=0.10 ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΠΥΡΓΟΥ 0.57g 0.39g 0.25g T(sec) 1.6 Σχήμα 28. Φάσματα επιταχύνσεων της καταγραφής του σεισμού Αχαΐας Ηλείας από τον Πύργο για διάφορα ποσοστά απόσβεσης (συνεχείς γραμμές). Oμαλοποίηση στο 0.66 της

55 μέγιστης επιτάχυνσης. μέγιστης επιτάχυνσης. 7. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ α) Από την παρούσα εργασία προκύπτουν χρήσιμα συμπεράσματα για τα σεισμικά φορτία που πρέπει να θεωρούνται για την αποτίμηση της σεισμικής τους επάρκειας και την αναβάθμισή της. Είναι κοινά αποδεκτό ότι με την εφαρμογή των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών προκύπτουν πολύ υψηλά σεισμικά φορτία. Αυτό συμβαίνει ακόμη και στην περίπτωση κατά την οποία οι κανονισμοί αυτοί περιλαμβάνουν διατάξεις για κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία. Οι διατάξεις αυτές αφορούν σύγχρονα κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία που κατασκευάζονται στις μέρες μας, για τα οποία είναι εφικτό να επιτευχθεί η πολύ υψηλή αντοχή που ορίζουν οι κανονισμοί. Από την ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίας προκύπτει ότι τα κτίρια από φέρουσα τοιχοποιία μπορούν να αναπτύξουν μία συνολική ισοδύναμη απόσβεση γύρω στο 20% (ιξώδης + υστεριτική). Επίσης βρέθηκε ότι η ιδιοσυχνότητα αυτών των κτιρίων από φέρουσα τοιχοποιία μειώνεται στα 2/3 με 1/2 της ελαστικής με αποτέλεσμα η δυσκαμψία του κτιρίου να μειώνεται τουλάχιστον στο 50% της ελαστικής. Αυτές οι μειώσεις συμβαίνουν λίγο μετά από το σημείο καμπής του διγραμμικού προσομοιώματος της ισοδύναμης ελαστοπλαστικής απόκρισης του κτιρίου. Το σημείο αυτό βρίσκεται στην περιοχή όπου συνήθως προσδιορίζεται το σημείο επιτελεστικότητας. β) Από τις μη γραμμικές αναλύσεις, πλαισίων από φέρουσα τοιχοποιία, που παρουσιάζονται στα κεφάλαια 3 και 4 προκύπτει ότι η τέμνουσα βάσης στην οποία ανθίστανται τα κτίρια αυτά είναι της τάξης του 25% του συνολικού κατακόρυφου φορτίου. Η τιμή αυτή βρέθηκε τόσο για το προσομοίωμα με γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία και πλαστικές αρθρώσεις όσο και για το προσομοίωμα με διακριτά πεπερασμένα στοιχεία πλίνθου και αρμού κονιάματος και για τους δύο τύπους πλαισίων που ελέγχθηκαν. Κατά την προσομοίωση με ανελαστικά επιφανειακά πεπερασμένα στοιχεία, με συνεχές προσομοίωμα της τοιχοποιίας (κοινό για πλίνθους και κονιάματα), προέκυψε ότι τα πλαίσια που ελέγχθηκαν είχαν υψηλότερη αντοχή από την αντοχή που βρέθηκε στους άλλους δύο τρόπους προσομοίωσης. Επίσης η αντοχή των πιο πάνω πλαισίων βρέθηκε υψηλότερη στην περίπτωση κατά την οποία τα σεισμικά φορτία των πλαισίων εφαρμόζονται στην θέση του κάθε κόμβου των πεπερασμένων στοιχείων με τιμή ανάλογη της συνολικής μάζας του κόμβου (συμπεριλαμβανομένων και των φορτίων κάθε στάθμης). γ) Από την επεξεργασία των καταγραφών ισχυρών σεισμικών διεγέρσεων προέκυψαν φασματικές σεισμικές επιταχύνσεις γύρο στο 70%g. Οι ομαλοποιημένες επιταχύνσεις προέκυψαν 50%g. Οι παραπάνω τιμές βρέθηκαν για απόσβεση 5%. Κατά την θεώρηση ισοδύναμης απόσβεσης 20% (του συμπεράσματος α ) οι ομαλοποιημένες φασματικές επιταχύνσεις προκύπτουν 25%g (οι οποίες είναι πολύ κοντά στην αντίστοιχη τιμή του συμπεράσματος β ). Αυτές οι τιμές βρέθηκαν για τις καταγραφές του σεισμού Αχαΐας Ηλείας. Για τον σεισμό αυτό δεν παρατηρήθηκαν καταρρεύσεις μνημειακών κατασκευών στην σεισμόπληκτη περιοχή αλλά τοπικές βλάβες και τοπικές αστοχίες. Με