Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών

Transcript

1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ Ε ΑΦΩΝ - ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ

2 Με τον όρο «δυναμική» εννοείται η συμπεριφορά που παρουσιάζει το έδαφος υπό την επίδραση δυναμικών τάσεων που επιβάλλονται σε αυτό είδη δυναμικών τάσεων σεισμοί sec μηχανές <0.01 sec θαλάσσια κύματα sec ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΣΕΩΝ «δυναμικόςμ ς χαρακτήρας ρ τάσεων και παραμορφώσεων» ρφ 1. το επιβαλλόμενο φορτίο στο έδαφος μεταβάλλεται με το χρόνο και η απλοποιημένη σχέση φορτίου χρόνου είναι κατά προσέγγιση ημιτονοειδούς μορφής. 2. οι επιβαλλόμενες δυναμικές τάσεις και οι παραμορφώσεις είναι ανακυκλικές (ανακυκλιζόμενες) δηλ. συνεπάγονται επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης αποφόρτισης στο έδαφος, σε αντίθεση με τις στατικές φορτίσεις οι οποίες επιβάλλονται στο έδαφος σταθερά και μόνιμα.

3 ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΕΔΑΦΟΥΣ Χορδικό μέτρο διάτμησης G sec = τ c / γ c «βρόγχος β ό υστέρησης» Υστερητική απόσβεση ξ (γc) = Ε /4πΕ

4 Ημιελαστικό γραμμικό Υστερητική συμπεριφορά «ανελαστική συμπεριφορά εδάφους» G Μη γραμμική ανελαστική συμπεριφορά γ απομείωση του G την αύξηση της διατμητικής παραμόρφωσης (γ<10-5 ) το έδαφος συμπεριφέρεται σαν «ημιελαστικό» γραμμικό υλικό, ανεξάρτητα από τη συχνότητα και τον αριθμό των κύκλων και με υστερητική απόσβεση (ξ) (10-5 <γ<10-3 ) παρουσιάζει σημαντική υστερητική συμπεριφορά και τα G και ξ εξαρτώνται από το γ. Η συμπεριφορά είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα αλλά ο αριθμός των κύκλων φόρτισης μπορεί να επιδρά ιδιαίτερα στις μαλακές αργίλους και κορεσμένες άμμους. (γ>10-3 ) δεσπόζει η μη γραμμική ανελαστική συμπεριφορά και ο αριθμός των κύκλων φόρτισης μπορεί να έχει μεγάλη σημασία.

5 δοκιμή «στήλης συντονισμού»

6 ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Επίδραση Τοπικών Εδαφικών Συνθηκών Έδαφος αποτελεί ένα κυματικό «φίλτρο» και ενισχύει τις συνιστώσες του σεισμικού κύματος με συχνότητες παραπλήσιες με τις δικές του ιδιοσυχνότητες (φαινόμενο συντονισμού) ή απομειώνει τις διαφορετικές Το «ιδιαίτερο» χαρακτηριστικό του εδάφους να ενισχύει ή να απομειώνει τη σεισμική κίνηση αποτελεί τη «δυναμική απόκριση του εδάφους». γενικά: οι χαμηλόσυχνες ενισχύονται και οι υψίσυχνες απομειώνονται σε μαλακά ή/και αρκετού πάχους εδάφη

7 T4 Hιδιοπερίοδος εδάφους (ή εδαφικής στρώσης) Τ SS = VSΗ: το πάχος της στρώσης ntbιδιοπερίοδος δ κτιρίου Τ b n: ο αριθμός των ορόφων του κτιρίου 10 θεμελιώδης ιδιοπερίοδος σεισμού στο «σεισμικό υπόβαθρο» Τ R που εξαρτάται από το σεισμικό μγ μέγεθος, την απόσταση από το σεισμικό ρήγμα κ.λπ. μέγιστη καταπόνηση στο κτίριο όταν: Τ S = Τ b = Τ R «διπλός συντονισμός» ερώτημα σεισμός Μ=6.5R και 60 km μακριά έχει Τ R = 0,40 sec. Ποίες οι πιθανές βλάβες σε σύγχρονα κτίρια θεμελιωμένα σε «μέσης δυσκαμψίας» αργιλικό έδαφος (V S =400 m/sec) πάχους 20 & 40μ. που υπέρκειται ασβεστολίθων

8 Νέος Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (Ν.Ε.Α.Κ. 2000) Χάρτης ζωνών σεισμικής επικινδυνότητας.οι σεισμικές επιταχύνσεις αναφέρονται στο «σεισμικό» υπόβαθρο

9 (Ν.Ε.Α.Κ. 2000) Ταξινόμηση εδαφών από άποψη σεισμικής επικινδυνότητας

10 Ζώνες σεισμικής επικινδυνότητας εδαφών Αθήνας (Marinos et al., 2007) ZONE Classification for Seismic Code A, occasionally B A or B B, occasionally C 4 C, occasionally B 5 X Original mapping: 1:25.000

11 «δυναμική απόκριση» του εδάφους το γενικό πρόβλημα κύριο ερώτημα πως θα αντιδράσει η εδαφική μάζα που υπέρκειται του «σεισμικού ύ υποβάθρου»??? ζητούμενο επίλυση ενίσχυση εδαφικής κίνησης ή απομείωση της εδαφικής κίνησης. και πόσο???... σε σχέση με το «σεισμικό υπόβαθρο» κυρίως μονο-διάστατες αριθμητικές αναλύσεις π.χ. ισοδύναμη γραμμική μέθοδο (Schnabel et al. 1972) δεδομένα για την επίλυση γεωμετρία «σεισμικού υποβάθρου» «στρωματογραφία» εδαφικών στρώσεων δυναμικά χαρακτηριστικά εδαφικών στρώσεων χαρακτηριστικά σεισμικής κίνησης στο «σεισμικό υπόβαθρο»

12 προσδιορισμός βάθους «σεισμικού υποβάθρου» «σεισμικό υπόβαθρο» δύσκαμπτο ελαστικό μέσο επί του οποίου επικάθονται οι σχετικά πιο μαλακές επιφανειακές αποθέσεις κριτήρια ορισμού «σεισμικού υποβάθρου» ελάχιστη τιμή της ταχύτητας μετάδοσης διατμητικών κυμάτων V S (π.χ. 700m/sec) ή του ελαστικού μέτρου διάτμησης G o (π.χ MPa) με βάση τη γεωλογική ηλικία των σχηματισμών που συναντώνται σε μια θέση (π.χ. Νεογενή ιζήματα και κάτω αλλά και κάποια Τεταρτογενή..) εργαλεία προσδιορισμού «σεισμικού υποβάθρου» δειγματοληπτικές γεωτρήσεις επιτόπου δοκιμές SPT, Cross Hole.και κυρίως «καλή ΓΕΩΛΟΓΙΑ»

13 προσδιορισμός δυναμικών παραμέτρων εδάφους V S από επιτόπου δοκιμές Cross Hole (άμεσα) ή από επιτόπου δοκιμές SPT, CPT (έμμεσα) οι πλέον πρόσφατες εμπειρικές σχέσεις για «Ελληνικά» ά εδάφη (Τsiambaos & Sabatakakis 2010) Vs = N Vs = N Vs = 88.8 N Vs = 79.7 N για όλα τα εδάφη για αργιλικά εδάφη για ιλυώδη εδάφη για αμμώδη εδάφη Vs = 179q c Vs = 176q c για όλα τα εδάφη για αργιλικά εδάφη Vs =194q c για αμμώδη εδάφη (V S : m/s, q c : MPa)

14 GρV2G o ή G omax = Sγμε ρ την πυκνότητα του εδάφους ( b= ) g40<pi<60...από τη γνωστή σχέση G/G o <PI<40 7.5<PI< <PI< PI< λό όγος κρίσιμης υστερητικής απ πόσβεσης (%) x x x x x x διατμητική παραμόρφωση γ c (%) 0<PI< <PI< <PI<40 40<PI< x x x x x x10 1 διατμητική παραμόρφωση γ c (%) η μεταβολή των G και ξ από τις καμπύλες των Vucetic & Dobry (1991) με βάση την πλαστικότητα του εδάφους ή.με κανονικές δοκιμές στήλης συντονισμού

15 aεγγύς πεδίου σεισμός ενδιάμεσου πεδίου σεισμόςmaxxrπαράδειγμα εφαρμογής στην πόλη της Πάτραςmλόγος εδαφικής επίδρασης Aa= abfedaμ μ ς