Ευρωκώδικας ΕΝ 1998: Αντισεισµικός Σχεδιασµός Φερουσών Κατασκευών Μέρος 1: Σεισµικές ράσεις

Transcript

1 Ευρωκώδικας ΕΝ 998: Αντισεισµικός Σχεδιασµός Φερουσών Κατασκευών Μέρος : Σεισµικές ράσεις Αχιλλέας Γ. Παπαδηµητρίου Τµήµα Πολ/Μηχ - Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας apapad.users.uth.gr Γεώργιος. Μπουκοβάλας Σχολή Πολ/Μηχ - Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο ΕΝ 998: Βασικές Αρχές Ρέθυµνο - Απρίλιος 9 σε περίπτωση σεισµού: - προστασία ανθρώπινης ζωής - περιορισµένες ζηµιές - λειτουργικότητα υποδοµών σηµαντικών για την πολιτική προστασία εν αφορά ειδικές κατασκευές (π.χ. πυρηνικά εργοστάσια, θαλάσσιες κατασκευές, µεγάλα φράγµατα) Συµπληρωµατικός των υπολοίπων Ευρωκωδίκων για σεισµογενείς περιοχές της Ευρώπης (όπως η Ελλάδα) Συνοδεύεται από Εθνικό Προσάρτηµα, όπου ορίζονται διάφορες τοπικού χαρακτήρα θέµατα (π.χ. περίοδος επαναφοράς σεισµού σχεδιασµού, ζώνες σεισµικής επικινδυνότητας και τιµές επιτάχυνσης σχεδιασµού) Θεµελιώδεις απαιτήσεις, του σχεδιασµού και της κατασκευής κτηρίων: -Μη-κατάρρευση, για το σεισµό σχεδιασµού (π.χ. Τ επ =475 έτη) -Περιορισµός ζηµιών, για συνήθη σεισµό (π.χ. Τ επ =95 έτη)

2 Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Τοπογραφία & Σεισµικές ράσεις «Κριτική» και περί γεωφυσικών δοκιµών ΤΟΠΙΚΗ διαφοροποίηση της σεισµικής δόνησης επίδραση εδάφους = + επίδραση τοπογραφίας Συχνά, η επίδραση ολίγων µέτρων µαλακού εδάφους ή κάποιων δεκάδων µέτρων πρανούς είναι µεγαλύτερη από την επίδραση ολίγων χιλιοµέτρων του στερεού φλοιού.

3 Επίδραση Εδάφους στη σεισµική δόνηση Γ Α σεισµικό υπόβαθρο «βράχος» Β Η επίδραση («ενίσχυση») του εδάφους εκφράζεται ως ο λόγος (ή το φάσµα) µεταφοράς της σεισµικής κίνησης, από το σεισµικό υπόβαθρο στην ελεύθερη επιφάνεια του εδάφους ηλαδή: κίνηση στο σηµείο Α κίνηση στο σηµείο Β ή (συνηθέστερα) κίνηση στο σηµείο Α κίνηση στο σηµείο Γ Παράδειγµα: Σεισµός San Francisco 957 µέγιστη σεισµική επιτάχυνση a max (ελαστική) φασµατική επιτάχυνση S a (T) διαφορετικές ανά θέση καταγραφής a max = ( έως.g)/.g = έως. S a (π.χ.t=s) =.7g/.8g =., S a (π.χ.t=.s) = g/.4g =.4

4 Παράδειγµα: Σεισµός San Francisco cm/sec Καταγραφή σε αναδυόµενο ΒΡΑΧΟ 7 cm/sec Καταγραφή στην επιφάνεια τεχνητών επιχώσεων επί αργιλικού πυθµένα (ay mud) Ενίσχυση της a max = (7cm/s ) / (75cm/s )=.3 εδαφική «ενίσχυση» ήαποµείωση ; σεισµός 957 σεισµός 989 Ιδιότητα του εδάφους ήκαιτουσεισµού; T = S 4H V S

5 Παράδειγµα: Σεισµός Mexico 985 γεωλογία πάχος εδάφους Τυπικές καταγραφές σε Ε ΑΦΟΣ & ΒΡΑΧΟ Ενίσχυση της a max = 3/35 = 3.7, της S a (για Τ=s) =.7/. = 7 Παράδειγµα: Σεισµός Kobe 995 «ενίσχυση» a max =.3g/.8g =.4

6 Παράδειγµα: Σεισµός της Αθήνας 999 «ενίσχυση» amax =.9g/.6g = 3. Παράδειγµα: N Σεισµός της Αθήνας 999 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΟΝΗΣΗΣ ΣΕ ΥΣΤΜΗΤΑ Ε ΑΦΗ του ήµου Άνω Λιοσίων Μικρές ή καθόλου ζηµιές Σηµαντικές ζηµιές ή κατάρρευση Μέτριες ζηµιές N S

7 (%) of κτιρίων buildings ήµος Άνω Λιοσίων: κατά µήκος τοµή Β-Ν NΒ Παράδειγµα: Σεισµός της Αθήνας 999 ΝS Βάθος (m) PTH (m) 4 6 Vs (m/sec) orehole Γεώτρηση HT _ Vs,3 =697 m/sec _ Vs,3 =63 H5 _ Vs,3 =545 Vs,3 =5 Vs,3 =496 8 Κροκαλοπαγή Αργιλική Μάργα (%) of buildings PTH (m) αναλύσεις για τον σεισµό της Αθήνας N HT Vs (m/sec) orehole HT _ Vs,3 =697 m/sec _ Vs,3 =63 H Sag/Sab H5 _ Vs,3 =545 Vs,3 =5 Vs,3 =496 S.5.5 Sa (g) H-5 HT-.. PRIO (sec) MK FYL PR

8 - αναλύσεις για τους σεισµούς Northridge & Αιγίου Sag/Sab Sa (g).5.5 Για τον σεισµό της Αθήνας H-5 HT- PK-W PK-NS IGIO H-5.. PRIO (sec) Μερικά (πρώτα) συµπεράσµατα : Α. Η εδαφική «επίδραση» Β. Παράγοντες που την διαµορφώνουν Γ. Αφορά µόνον τη µέγιστη επιτάχ. a max ή και το ελαστικό φάσµα απόκρισηςs a ;. Εύρος διακύµανσης ενίσχυση ή αποµείωση έδαφος & διέγερση και τα δύο για a max = (συνήθως.6.) για S a εξαρτάται από Τ και κυµαίνεται από.4 έως 7.! (συνήθως έως 3.5)

9 Μηχανισµός επίδρασης του Ε ΑΦΟΥΣ Εξίσωση δυναµικής ισορροπίας M Y&& + X& + KX = Y = X + U M X& + X& + KX = MU& για αρµονική διέγερση: U iωt = UOe U& και τελικώς: MX&& µε = Ω U + X& + KX = F e O F O = Ω MU O O e iωt iωt Υπενθύµιση: [e iωt = cosωt + i sin Ωt]

10 Y = Y U = Y& Y&& = U& U& Ω/ω = Τ εδ. / T διεγ. Αξίζει να ελέγξετε το φυσικό νόηµα των ανωτέρω διαγραµµάτων για τις χαρακτηριστικές περιπτώσεις όπου Ω/ω<<<., Ω/ω= και Ω/ω>>>. Επίδραση εδάφους και ΕΑΚ π.χ. Κατηγορία Β: Εντόνως αποσαθρωµένα βραχώδη ή εδάφη που από µηχανική άποψη µπορούν να εξοµοιωθούν µε κοκκώδη. Στρώσεις κοκκώδους υλικού µέσης πυκνότητας (και) πάχους µεγαλύτερου των 5µ, ή µεγάλης πυκνότητας (και) πάχους µεγαλύτερου των 7µ.

11 ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Εδαφικές συνθήκες - αναγκαιότητα γεωτεχνικών ερευνών για την «κατηγοριοποίηση» του εδάφους, ανάλογα και µε την σηµαντικότητα του κτηρίου - το έδαφος που φέρει ή στηρίζει την κατασκευή, θα πρέπει να µην κινδυνεύει από εδαφική διάρρηξη, αστάθεια πρανούς ή µόνιµες καθιζήσεις που οφείλονται σε ρευστοποίηση ή συνίζηση λόγω σεισµού - Πέντε (5) Κατηγορίες Εδάφους (Α, Β,,, ): : Φάσµατα Σχεδιασµού ύο () Κατηγορίες Εδάφους (S & S ): ειδικές µελέτες για τον καθορισµό των σεισµικών δράσεων Σεισµικές δράσεις - ανάλογα µε τη ζώνη σεισµικής επικινδυνότητας (Εθνικό Προσάρτηµα), ορίζεται η σεισµική επιτάχυνση στην επιφάνεια κατηγορίας εδάφους Α («βράχος») για το σεισµό σχεδιασµού (µη-κατάρρευση): a gr - µε βάση την κατηγορία εδάφους, τη σπουδαιότητα του κτηρίου, το συντελεστή απόσβεσης του κτηρίου, ορίζονται: Οριζόντιο ελαστικό φάσµα απόκρισης σχεδιασµού S e (T) Κατακόρυφο ελαστικό φάσµα απόκρισης σχεδιασµού S ve (T) ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις ΠΟΣΟΤΙΚΟΣ προσδιορισµός των κατηγοριών εδάφους,, συναρτήσει του πάχους της εδαφικής στρώσης, των φυσικών χαρακτηριστικών της (π.χ. άµµος-άργιλος) άργιλος) και των µηχανικών ιδιοτήτων : α) ) της ταχύτητας διάδοσης των διατµητικών κυµάτων S στα πρώτα 3m N στρώσεις πάχους h i και ταχύτητας διάδοσης V i (στα πρώτα 3m) β) ) της µέσης τιµής του N SPT ή της αστράγγιστης διατµητικής αντοχής u ΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ των σεισµικών δράσεων ΚΑΙ για την a max µέσω του συντελεστή εδάφους S =.4 (για( Μ > 5.5) και S =.8 (για( Μ < 5.5) ΙΑΤΗΡΗΣΗ της λογικής συντελεστών διόρθωσης για το κτήριο, ως προς: τη σπουδαιότητά του: γ Ι (συντ. σπουδαιότητας).8 την ιξώδη απόσβεση που εµφανίζει κατά την ταλάντωση: η 5 την ανελαστική συµπεριφορά του: q (συντ. συµπεριφοράς) max,

12 ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Σεισµικές δράσεις - Το Οριζόντιο ελαστικό φάσµα απόκρισης σχεδιασµού S e (T) ορίζεται ως: όπου: a g = γ Ι a gr, η επιτάχυνση σχεδιασµού για έδαφος Α και σπουδαιότητα γ Ι S = συντελεστής εδάφους η = συντελεστής απόσβεσης κτηρίου - Οριζόντιο ελαστικό φάσµα µετατοπίσεων: Επίδραση εδάφους και Ε-8 Περιγραφή Παράµετροι S T T Βράχος ή βραχώδης σχηµατισµός, που περιλαµβάνει έως 5m ασθενέστερου επιφανειακού γεωϋλικού V s,3 > 8m/s N SPT (-) u (-) Μ > 5.5 S e / a g T (s)

13 Επίδραση εδάφους και Ε-8 Περιγραφή Παράµετροι S T T Αποθέσεις πολύ πυκνής άµµου, χαλίκων ή πολύ στιφρής αργίλου, πάχους τουλάχιστον µερικών δεκάδων µέτρων, που χαρακτηρίζονται από βαθµιαία αύξηση, µε το βάθος, των µηχανικών χαρακτηριστικών V s,3 =36-8m/s N SPT > 5 u > 5kPa Μ > S e / a g 3.5 T (s) Επίδραση εδάφους και Ε-8 Περιγραφή Παράµετροι S T T Βαθιές αποθέσεις άµµου ή/και χαλίκων υψηλής ή µέσης πυκνότητας ή στιφρής αργίλου, πάχους από µερικές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες µέτρων V s,3 =8-36m/s N SPT =5-5 u =7-5kPa S e / a g Μ > T (s)

14 Επίδραση εδάφους και Ε-8 Περιγραφή Παράµετροι S T T Μ > 5.5 Αποθέσεις µη συνεκτικού εδάφους (ανεξαρτήτως συνεκτικών ενστρώσεων) µικρής έως µέσης πυκνότητας ή µαλακού έως µέσου συνεκτικού εδάφους V s,3 < 8m/s N SPT < 5 u < 7kPa S e / a g T (s) Επίδραση εδάφους και Ε-8 Περιγραφή Παράµετροι S T T Μ > Εδαφική αλλουβιακή στρώση µε τιµές V s της κατηγορίας ή και πάχος που κυµαίνεται µεταξύ 5 έως m, που επικάθεται δύστµητης στρώσης µε V s > 8m/s [ το έδαφος: V s < 36m/s N SPT < 5 u < 5kPa ] S e / a g 3.5 T (s)

15 Επίδραση εδάφους και Ε-8 Περιγραφή Παράµετροι S T T Βαθιές αποθέσεις άµµου ή/και χαλίκων υψηλής ή µέσης πυκνότητας ή στιφρής αργίλου, πάχους από µερικές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες µέτρων V s,3 =8-36m/s N SPT =5-5 u =7-5kPa S e / a g Μ < T (s) Επίδραση εδάφους και Ε-8 Κατηγορία Εδάφους S Αποθέσεις που αποτελούνται ή εµπεριέχουν µια στρώση τουλάχιστον m µαλακής αργίλου ή ιλύος µε υψηλό δείκτη πλασιµότητας (PI > 4%) και υψηλό ποσοστό υγρασίας (ενδεικτικά, V s,3 < m/s και u = kpa) Κατηγορία Εδάφους S Αποθέσεις ρευστοποιήσιµων εδαφών, ή ευαίσθητων αργίλων, ή όποιου άλλου εδαφικού προφίλ δεν εντάσσεται στις Κατηγορίες Α έως Ε ή S χρειάζονται ειδικές µελέτες για τον ορισµό των σεισµικών δράσεων ειδικότερα για την κατηγορία S θα πρέπει να εξετασθεί η πιθανότητα αστοχίας του εδάφους υπό τη σεισµική φόρτιση

16 ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Σεισµικές δράσεις - Το Κατακόρυφο ελαστικό φάσµα απόκρισης S ve (T) ορίζεται ως: S ve /a vg 3η όπου: a vg =.9Sγ Ι a gr, η µέγιστη κατακόρυφη σεισµική επιτάχυνση (Μ > 5.5) η = συντελεστής απόσβεσης κτηρίου Τ Β = sec, T = sec, T =.sec - Οριζόντια µετατόπιση εδάφους σχεδιασµού: ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Συντελεστής σπουδαιότητας κτηρίου γ Ι 4 κατηγορίες σπουδαιότητας κτηρίων Ι: Κτήρια µικρής σπουδαιότητας (π.χ. κατασκευές αγροτικής χρήσης) ΙΙ: Συνήθη κτήρια ΙΙΙ: Κτήρια υψηλής σπουδαιότητας (π.χ. σχολεία, χώροι συνάθροισης) IV: Κτήρια πολύ υψηλής σπουδαιότητας (π.χ. νοσοκοµεία, πυροσβεστικοί σταθµοί, µονάδες παραγωγής ενέργειας) - γ Ι =.,, για την κατηγορία ΙΙ και το σεισµό σχεδιασµού («προτεινόµενος σεισµός σχεδιασµού»: % πιθανότητα υπέρβασης ς στα επόµενα 5 έτη, δηλ. µε περίοδο επαναφοράς 475 έτη) - ο συντελεστής γ Ι αυξάνει µε την κατηγορία κτηρίου και την περίοδο επαναφοράς του σεισµού σχεδιασµού - «προτεινόµενες» τιµές γ Ι :.8,.,. και.4, για τον «προτεινόµενο» σεισµό σχεδιασµού

17 ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Συντελεστής συµπεριφοράς q H µη-γραµµική σεισµική συµπεριφορά των κτηρίων επιτρέπει το σχεδιασµό έναντι σεισµικών δράσεων µικρότερων εκείνων που αντιστοιχούν στη γραµµική ελαστική ανάλυση Για την αποφυγή χρήσης µη-γραµµικών αναλύσεων, η ικανότητα της κατασκευής να αποσβένει ενέργεια µέσω της πλασιµότητας λαµβάνεται υπόψη εµµέσως µέσω ελαστικής ανάλυσης µε βάση ένα φάσµα σχεδιασµού αποµειωµένο σε σχέση µε το ελαστικό µέσω του συντελεστή συµπεριφοράς q O συντελεστής q αποτελεί εκτίµηση του λόγου των σεισµικών δυνάµεων που δέχεται ένα κτήριο µε συµπεριφορά ελαστική και ιξώδη απόσβεση η 5% προς τις σεισµικές δυνάµεις που αν υποστεί ένα κτήριο µε ελαστική συµπεριφορά θα έχει «ικανοποιητική απόκριση» (σε σχέση µε τις απαιτήσεις σχεδιασµού: π.χ. µη-κατάρρευση για το σεισµό σχεδιασµού) ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Σεισµικές δράσεις ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ Α. Το Οριζόντιο φάσµα σχεδιασµού S d (T) ορίζεται ως: S d /a g.5s/q S/3 όπου: a g = γ Ι a gr, η επιτάχυνση σχεδιασµού για έδαφος Α και σπουδαιότητα γ Ι S = συντελεστής εδάφους η = συντελεστής απόσβεσης κτηρίου q = συντελεστής συµπεριφοράς ( ) β = συντελεστής ελάχιστης αποδεκτής φασµατικής επιτάχυνσης (Εθνικό Προσάρτηµα, «προτεινόµενη» τιµή β=.)

18 ΕΝ 998-: Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Σεισµικές δράσεις ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ Β. Το Κατακόρυφο φάσµα σχεδιασµού ορίζεται όπως εκείνο για την οριζόντια διεύθυνση S d (T),, ΑΛΛΑ: µε χρήση της επιτάχυνσης a vg =.9a g στη θέση της a g (για Μ > 5.5) S = Κατηγορίες Εδάφους, η, β όπως για το οριζόντιο φάσµα σχεδιασµού S d q = συντελεστής συµπεριφοράς (= =.5), εκτός ειδικής µελέτης Γ. Η οριζόντια δράση θεωρείται η ίδια στις οριζόντιες και κάθετες µεταξύ τους διευθύνσεις και δίδεται από τον ίδιο S d (T). Είναι δυνατή η χρήση χρονοϊστορίων επιτάχυνσης στην ανάλυση κατασκευών. Επιπλέον, µπορεί να εισαχθεί χρονική και χωρική διαφοροποίηση της σεισµικής διέγερσης για συγκεκριµένες κατασκευές Ε. Για σηµαντικές κατασκευές (γ Ι > ), θα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη η τοπογραφική επιδείνωση του σεισµικής ταλάντωσης (Ενηµερωτικό Παράρτηµα Α ΕΝ998-5) Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Τοπογραφία & Σεισµικές ράσεις «Κριτική» και περί γεωφυσικών δοκιµών

19 αναλύσεις για διαφορετικούς σεισµούς Λόγος Φασµάτων Fourier εύρος από καταγραφές σεισµών σεισµικό δίκτυο ( κορυφή ) ( βάση ) ΣΟΥΡΠΗΣ Τοπογραφία λόφου.3-3. NS. -.8 ΕW.8 -. Ζ ενίσχυση και της Z!! Τοπογραφίες λόφου ή «λοφο-σειράς» θέση SIT είδος Site classification according to SH SV υψηλός λόφος IVIT Isolated cliff % r (T).4 +7% % ltino astellaro ivita Mt. Titano λόφος LTINO Isolated cliff..3 +8%. +%. +% 3 Period (s) MT. TITNO STLLRO µε i>3 o Ridge with crest width significantly less then the base width and average slope angle < 3 «λόφο- Ridge with crest width significantly σειρά» less then the base width and average slope angle > 3 «λόφοσειρά» µε i<3 o %.5 +4%.8-6%.9-9% ασαφής (και µικρή) επίδραση συχνότητας µέσο S.3-6%.8 +7% a max,3 = S a max, Paolucci

20 Παράδειγµα: επίδραση τοπογραφίας σεισµός Αθήνας 999 RIOMX Συγκέντρωση βλαβών στην δυτική όχθη του ρέµατος ΧΕΛΙ ΟΝΟΥΣ και στις Α ΑΜΕΣ Τοµή a-a Σεισµός Αθήνας Hotel KLI 35 m 6o V s,3 =38 m/sec (NHRP ) Τοπογραφία πρανούς 4o Section a-a thanasopoulos et al. () Αδάµες < 3m Sites, Site 3 Τοµή b-b 4 m V s,3 =37 49 m/sec (NHRP ) µεγαλύτερη κλίση 3o Section b-b Gazetas Kallou et et al. al. ()

21 Τοπογραφία πρανούς (Sa)-/(Sa)- (Sa)-/(Sa) Section Τοµή α-α a-a Section Τοµή b-b.. PRIO (sec) Συντελεστής «τοπογραφικής επιδείνωσης» ως προς -8 µακριά από το πρανές a-a:.6.75 b-b:.9.75 Κλίση Ενίσχυση Μερικά (πρώτα) συµπεράσµατα : Α. Ο συντελεστής τοπογραφικής επιδείνωσης Β. Παράγοντες που τον διαµορφώνουν Γ. Αφορά µόνον την µέγιστη επιτάχυνση ή και το ελαστικό φάσµα απόκρισης; + παρασιτική κατακόρυφη συνιστώσα - γεωµετρία αναγλύφου (είδος, κλίση) - εδαφικές συνθήκες - συχνότητα σεισµού a max (& S a )

22 Μηχανισµοί τοπογραφικής επιδείνωσης: - Σε κάθε σηµείο της ελεύθερης επιφάνειας συµβάλλουν τέσσερα κύµατα: ένα κατακόρυφα µεταδιδόµενο SV, ένα ανακλώµενο SV και ένα ανακλώµενο P, και τέλος ένα επιφανειακό κύµα Rayleigh. - Τα κύµατα αυτά έχουν διαφορετικές ταχύτητες µετάδοσης και διαφορετικά µήκη διαδροµής και εποµένως η άφιξη τους γίνεται σε διαφορετικές χρονικές στιγµές. Ως αποτέλεσµα αυτών, µπορεί να προκύψει τόσο αύξηση όσο και µείωση της εδαφικής κίνησης, ανά θέση! H Rayleigh κύµα Rayleigh wave i P refl SV refl i-9 o Rayleigh κύµα wave Rayleigh - Επιπλέον, τα τρία τελευταία κύµατα έχουν και κατακόρυφη συνιστώσα. προσπίπτον incoming κύµα SV wave SV προσπίπτον incoming κύµα SV wave SV προσπίπτον incoming κύµα SV wave SV προσπίπτον incoming SV κύµα wave SV. (i) O S T δεν εξαρτάται από τη συχνότητα και χρησιµοποιείται µόνο για σηµα- ντικές κατασκευές (γ Ι > ) πολλαπλασιάζοντας το φάσµα απόκρισης S e (T) (ii) και θα χρησιµοποιείται για - λόφους, πρανή και λοφο-σειρές µε H > 3m. S T =. για κλίσεις i < 5 o & ειδική µελέτη για µη-κανονικές γεωµετρίες. -8: Συντελεστής Τοπογραφικής Επιδείνωσης S T (α) Αποµονωµένοι λόφοι & πρανή: S T. πλησίον της κορυφής (β) «Λοφο-σειρά» µε στέψη << βάση: S T. πλησίον της κορυφής, για i < 3 o S T.4 πλησίον της κορυφής, για i > 3 o (γ) αν υπάρχει µαλακή επιφανειακή στρώση (> 5m): αύξηση των ανωτέρω S T κατά % (δ) γραµµική µείωση του S T µε το βάθος: S T.3 Σε αναλύσεις ευστάθειας αναλύσεις ευστάθειας: S T >. για επιφανειακές αστοχίες S T =. για βαθιές αστοχίες

23 Εδαφικές Συνθήκες & Σεισµικές ράσεις Τοπογραφία & Σεισµικές ράσεις «Κριτική» και περί γεωφυσικών δοκιµών - Αναλύσεις Σεισµικής Απόκρισης του Εδάφους ιέγερση Υποβάθρου a b b max max,, S a a b b,, T e e Απόκριση Εδάφους a gr gr max max,, S a a gr gr,, T e e Έδαφος, V S H S Υπόβαθρο, V b

24 - Αναλύσεις Σεισµικής Απόκρισης του Εδάφους Παράµετρος a b max (g) T e (s) n V b (m) V s,3 (m/s) H s (m) M < (step ). (step ) 3 6 (step ) 8 & 8 (step ) 8 (step ) M > 5.5. (step.)..4 (step.) 4 8 (step ) 8 & 8 (step ) 8 (step ) πάνω από 6 αναλύσεις.. Reference: ouckovalas, G.. and Papadimitriou.G. (3) Multi-variable relations for soil effects on seismic ground motion, arthquake ngineering and Structural ynamics, 3(), pp Εδαφικοί Συντελεστές Κατηγορίες Εδάφους 8 Επίδραση V S,3 8 7 Vb=8m/s V b =8 m/s 8 7 Vb=m/s V b = m/s 6 6 V s,3 (m/s) Vs,3 (m/sec) 5 4 Vs,3 (m/sec) H (m) (M > 5.5) S H (m) V.6 b =8m/s V.5 b =m/s.4 verage.3...9

25 V S,3 V b V S,3 V S V S,3 < V S 3 m V S V b έδαφος υπόβαθρο V S έδαφος V S έδαφος V b τι τι είναι είναι η V S,3 S,3 και και τι τι σχέση έχει έχει µε µε την την V b υπόβαθρο υπόβαθρο µέση ταχύτητα µετάδοσης του του σεισµικού κύµατος στο στο έδαφος V S ; Εδαφικοί Συντελεστές Κατηγορίες Εδάφους 8 Επίδραση V S 8 7 V b =8 m/s Vb=8m/s 8 7 Vb=m/s V b = m/s 6 6 Vs,el V S (m/sec) (m/s) 5 4 Vs,el (m/sec) H (m) S (M > 5.5) H (m) 8 V b =8m/s V b =m/s verage

26 Εδαφικοί Συντελεστές Νέες Κατηγορίες Εδάφους Επίδραση V S 8 7 Vb=8m/s V b =8 m/s 8 7 Vb=m/s V b = m/s 6 6 V S (m/s) Vs,el (m/sec) 5 4 Vs,el (m/sec) H (m) H (m) (M > 5.5) S Suggested V b =8m/s V b =m/s verage Συµβατές Εδαφικές Κατηγορίες & Συντελεστές (S).5-8 G.. et al 8 S 7 V s (m/s) H (m) S.5-8 G.. et al

27 και κάτι ακόµη Στο Εθνικό Προσάρτηµα του -8 για την Ελλάδα, θεωρήθηκε: Α ΕΑΚ = (a( g ) -8 Αυτό όµως σηµαίνει ότι, για µια συγκεκριµένη περιοχή, οι σεισµικές δράσεις µπορεί και να αυξηθούν έως και 4% σε σχέση µε τις σηµερινές.... Κατηγορία Εδάφους S K. K.5 K.35 K.4 K γιατί όχι K. K. K.5 K. K άρ α Οι διατάξεις του -8 για την εδαφική επίδραση στις σεισµικές δράσεις είναι αρκετά.. λογική, αλλά Η υιοθέτηση του V S, 3 φαίνεται... ατυχής! Προτείνεται αντικατάσταση µε την µέση V S του εδάφους (πάνω από το υπόβαθρο) Χρειάζεται τουλάχιστον µία ακόµη κατηγορία εδάφους (µεταξύ των & του -8) Μερικοί Εδαφικοί Συντελεστές (S) και Α.Ε.Φ.Σ. θα πρέπει να διορθωθούν για λόγους συµβατότητας µε τις (όλο και πιο συχνά πραγµατοποιούµενες) - αναλύσεις σεισµικής απόκρισης Ειδικές έρευνες & µελέτες για πολύ «µαλακά» εδάφη (π.χ. T elastic >..5 s)

28 ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ: ΜΟΝΟΚΛΙΝΕΣ ΠΡΑΝΕΣ γεωγραφικές περιβάλλουσες ShT SvT h =a h /a h,ff. h,max.h h - v = a v /a h,ff.3v v,max v. - (-) (+) distance, x(km) (-) (+) distance, x(km) 4 παράµετροι: i, Η/λ, ξ, Ν 9 ιξωδο-ελαστικές αναλύσεις ouckovalas & Papadimitriou (5) ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ: ΜΟΝΟΚΛΙΝΕΣ ΠΡΑΝΕΣ H F G h h λ =+,max h /H h = F h H G λ h ( I) H ( ξ) J ( N) h h () I H ( ξ) J ( N) h h H F G v v λ =,max v /H v = F v H λ G v ( I) H ( ξ) J ( N) v v () I H ( ξ) J ( N) v v F (H/ λ ).5 F v F h F h = F v.5 αδιάστατο ύψος Η/λ 3 G( i) 4 3 G h = G v G h G v κλίση i( o ) 3 H ( ξ ) H h H v H v J( N) J h J v H h 5 5 J h J v 4 8 απόσβεση ξ(%) 4 παράµετροι: i, Η/λ, ξ, Ν αριθµός κύκλων Ν ouckovalas & Papadimitriou (5)

29 SSΙMKI T L (5) ΓΙΑ ΤΟ ΣΕΙΣΜΟ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ (999) λ/5 H=4m I = 3 o Μεγαλύτερη ενίσχυση στις µικρές περιόδους (π.χ Τstr<. sec ) Tstr (sec) Ενίσχυση κατά: 6% της PG 3% της περιοχής σηµαντικών περιόδων για εκάστοτε κατηγορία εδάφους (T T T ) % για Τstr sec Tstr (sec) Tstr (sec) Μεταγενέστερα (6) Ενίσχυση κατά: 4% της PG % της περιοχής σηµαντικών περιόδων για εκάστοτε κατηγορία εδάφους (T T T ) % για Τstr sec OUKOVLS T L (999) ΓΙΑ ΤΟ ΣΕΙΣΜΟ ΤΟΥ ΑΙΓΙΟΥ (995) ιαφορετική τοπογραφική επιδείνωση για κάθε σηµείο και για κάθε περίοδο T str Αποµείωση τοπογραφικής επιδείνωσης µε την απόσταση από το πρανές, ανεξαρτήτως περιόδου Tstr Μεγαλύτερη ενίσχυση στις µικρές περιόδους (π.χ Τstr <.4sec Τe )

30 άρ α Οι διατάξεις του -8 για την τοπογραφική επίδραση στις σεισµικές δράσεις είναι ένα βήµα προόδου (σε σχέση µε τον ΕΑΚ), αλλά Η ύπαρξη παρασιτικής κατακόρυφης κίνησης δε µπορεί να αγνοηθεί! Προτείνεται εισαγωγή και ου συντελεστή S vt Η αναφορά σε περιοχή «πλησίον της κορυφής» είναι ασαφής! Προτείνεται εισαγωγή γεωγραφικής αποµείωσης των συντελεστών S µε την απόσταση από το πρανές Η θεώρηση σταθερής τιµής του συντελεστή S για όλο το φάσµα σχεδιασµού, µε έµφαση στην ενίσχυση της µέγιστης επιτάχυνσης, είναι υπερ-συντηρητική! Προτείνεται εισαγωγή φασµατικών συντελεστών S Η χρήση τιµών S =.4 είναι υπερ-απλουστευτική! Προτείνεται περαιτέρω διακριτοποίηση στις τιµές, λαµβάνοντας υπόψη εδαφικές συνθήκες, κλίση, ύψος ΚΥΜΑΤΑ ΧΩΡΟΥ Σεισµικά Κύµατα Κύµατα P ( ιαµήκη κύµατα) ιεύθυνση µετάδοσης // ιεύθυνση Κίνησης Συµπίεση + Εφελκυσµό Κύµατα S ( ιατµητικά κύµατα) ιεύθυνση µετάδοσης ιεύθυνση Κίνησης ιάτµηση SV ( ιεύθυνση κίνησης στο κατακόρυφο επ.) SH ( ιεύθυνση κίνησης οριζόντια) ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΑ ΚΥΜΑΤΑ Κύµατα Rayleigh Ελλειψοειδής κατακόρυφη κίνηση Αλληλεπίδραση P και SV Κύµατα Love «Παγιδευµένα» κύµατα SH σε εύκαµπτη επιφανειακή στρώση υπερκείµενη δύσκαµπτου υποβάθρου

31 Ταχύτητες ιάδοσης Σεισµικών Κυµάτων V S (m/s) = [ G o (kpa) / ρ(t/m 3 ) ] εδαφικό µέσο V s (m/s) Πολύ µαλακή άργιλος < Πολύ χαλαρή άµµος 5 Μαλακή-στιφρή άργιλος Μέτριας πυκνότητας άµµος 3 Σκληρή άργιλος 5 35 Πυκνή άµµος 4 Ηµίβραχος (π.χ. µάργα) 55 8 Βράχος > ταχύτητα διάδοσης διατµητικών κυµάτων (S) G o εξαρτάται από: τύπο εδάφους µέση ενεργό τάση σ ο δείκτη πόρων e V P = V S [ (-v) / (-v) ] ταχύτητα διάδοσης κυµάτων συµπίεσης (P) όπου v = ελαστικός λόγος Poisson (π.χ..33) εξαίρεση τα κορεσµένα εδάφη (όπου v=, αλλά V P καθώς V P = 55m/s, δηλαδήηταχύτητα µετάδοσης των κυµάτων P στουγρότωνπόρων) V R.94V S ταχύτητα διάδοσης κυµάτων Rayleigh (R) Επιτόπου Γεωφυσικές οκιµές Παραγωγή κυµάτων (από την επιφάνεια του εδάφους) Καταγραφή κυµάτων (στην επιφάνεια ή σε βάθος) Με χρήση 3-αξονικού γεωφώνου Έκρηξη (κύµατα P) (Kramer 996) κατακόρυφη κρούση (κύµατα P) οριζόντια κρούση (κύµατα SH)

32 οκιµή rosshole Είναι µία από τις καλύτερες επιτόπιες δοκιµές της γεωτεχνικής, αλλά σχετικά πολυέξοδη (Γκαζέτας ) Συνήθης εφαρµογή: Μία γεώτρηση µε γεώφωνο + - Γεώτρηση µε πηγή, ή - ιάνοιξη γεώτρησης & SPT Παράδειγµα µέτρησης V s & V p σε ross-hole t P =.ms t S = 35.5ms V p = x / t p = 6m/.ms = 594m/s X = 6m V s = x / t s = 6m/35.5ms = 69m/s

33 οκιµή ownhole Απαιτεί µια µόνον γεώτρηση και αποτελεί απλοποιηµένη έκδοση της δοκιµής rosshole όχι δαπανηρή έγχυτος κύβος σκυροδέµατος ΠΛΗΓΜΑ Βασικό πρόβληµα: τεθλασµένη διαδροµή κύµατος σε ανοµοιογενή εδάφη (νόµος Snell) Παραλλαγή: οκιµή Uphole: πλήγµα σε βάθος εντός γεώτρησης και καταγραφή στην επιφάνεια (Γκαζέτας ) Σεισµοκώνος (Seismo-cone) Πρόκειται για δοκιµή ownhole µε το 3- τριαξονικό γεώφωνο να βρίσκεται εντός του κώνου µιας δοκιµής PT (Γκαζέτας )

34 Φασµατική Ανάλυση Επιφανειακών Κυµάτων - (Spectral nalysis Surface Waves) Πηγή S («κρουστική») έκτες σε απόσταση x& x από S, µε το κέντρο βάρους τους σταθερό - Κάθε καταγραφή αναλύεται κατά Fourier - Εκτιµάται η διαφορά φάσης φ(f) για κάθε f - Ο αντιστοιχών χρόνος διάδοσης µεταξύ δεκτών, για κάθε f, είναι: t(f) = φ(f)/πf - Εκτιµώνται: ταχύτητα V R (f) = x/ t(f) µήκος κύµατος λ R (f) = V R (f)/f V R - Επαναλαµβάνεται η διαδικασία για πολλά διαφορετικά x - Με µέθοδο «δοκιµασίας-διόρθωσης» (trialand-error) εκτιµάται το εδαφικό προφίλ V R -z που είναι συµβατό µε την καµπύλη διασποράς V R λ R (Γκαζέτας, Kramer 996) Ευχαριστώ πολύ! ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ (για περαιτέρω µελέτη) Mπουκοβάλας Γ.., Παπαδηµητρίου Α. Γ. (5), "Παραµετρικές σχέσεις υπολογισµού της εδαφικής ενίσχυσης. Ι. Μέγιστη σεισµική επιτάχυνση και ταχύτητα", Τεχνικά Χρονικά, Επιστηµονικές Εκδόσεις Τ.Ε.Ε., 5(), 9 -, Ιαν - Απρ Mπουκοβάλας Γ.., Παπαδηµητρίου Α. Γ. (5), "Παραµετρικές σχέσεις υπολογισµού της εδαφικής ενίσχυσης. ΙΙ. Ελαστικά φάσµατα απόκρισης", Τεχνικά Χρονικά, Επιστηµονικές Εκδόσεις Τ.Ε.Ε., 5(), 3-36, Ιαν - Απρ Μπουκοβάλας Γ.., Παπαδηµητρίου. Γ., Βασδέκης Σ., Βουρβαχάκης Θ., ρανδάκης., Σοφιανού I. (6), "Προσεγγιστικές σχέσεις επίδρασης τοπογραφίας στη σεισµική εδαφική κίνηση", Πρακτικά, 5 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής και Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, Μάϊος