ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΖΕΥΓΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΔΑΦΟΥΣ-ΠΑΣΣΑΛΟΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ-ΑΝΩΔΟΜΗΣ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ Ν. ΡΟΒΙΘΗ Διπλωματούχου Πολιτικού Μηχανικού ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΖΕΥΓΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΔΑΦΟΥΣ-ΠΑΣΣΑΛΟΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ-ΑΝΩΔΟΜΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 27

2

3 ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ Ν. ΡΟΒΙΘΗ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΖΕΥΓΜΕΝΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΕΔΑΦΟΥΣ-ΠΑΣΣΑΛΟΘΕΜΕΛΙΩΣΗΣ-ΑΝΩΔΟΜΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στο Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Γεωτεχνικής Μηχανικής Ημερομηνία Προφορικής Εξέτασης: 21/12/27 Εξεταστική Επιτροπή: Καθηγητής Κ.Πιτιλάκης, Επιβλέπων Καθηγητής Μ.Γεωργιάδης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Επικ.Καθηγητής Γ.Μυλωνάκης, Μέλος Τριμελούς Συμβουλευτικής Επιτροπής Καθηγητής Θ.Χατζηγώγος, Εξεταστής Καθηγητής Χ.Αναγνωστόπουλος, Εξεταστής Καθηγητής Γ.Μανώλης, Εξεταστής Λέκτορας Α.Σέξτος, Εξεταστής

4 Εμμανουήλ Ν. Ροβίθης Α.Π.Θ Δυναμική Ανάλυση Συζευγμένων Συστημάτων Εδάφους-Πασσαλοθεμελίωσης- Ανωδομής ISBN «Η έγκριση της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής από το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως» (Ν.5343/1932, άρθρο 22, παρ.2)

5 Ε υ χ α ρ ι σ τ ί ε ς Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον κ. Κυριαζή Πιτιλάκη, καθηγητή του Α.Π.Θ και επιβλέποντα της διατριβής, για την επιστημονική καθοδήγηση, την σημαντική βοήθεια και την ηθική υποστήριξη που μου παρείχε. Το συνεχές ενδιαφέρον και η επιμονή που έδειξε κατά την διάρκεια εκπόνησης της παρούσας διατριβής αποτέλεσαν καθοριστικά στοιχεία για την ολοκλήρωσή της. Ευχαριστώ επίσης τα μέλη της τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής κ. Μιχάλη Γεωργιάδη, καθηγητή Α.Π.Θ και κ. Γεώργιο Μυλωνάκη, επικ.καθηγητή Πανεπιστημίου Πατρών, για τις πολύτιμες συμβουλές και τις εύστοχες υποδείξεις τους, οι οποίες συχνά αποτέλεσαν διέξοδο σε διάφορα στάδια της διδακτορικής αυτής διατριβής, καθώς και τους καθηγητές Α.Π.Θ και μέλη της επταμελούς κ. Θεόδωρο Χατζηγώγο, κ. Χρήστο Αναγνωστόπουλο και κ. Γεώργιο Μανώλη, για τις σημαντικές παρατηρήσεις τους κατά την παρουσίασή της. Θα ήθελα επίσης να σημειώσω την βοήθεια και συμπαράσταση που είχα από τον κ. Αναστάσιο Σέξτο, λέκτορα Α.Π.Θ και μέλος της επταμελούς επιτροπής, ο οποίος συνέβαλλε ουσιαστικά, ιδιαίτερα στα πρώτα βήματα της ερευνητικής μου δραστηριότητας. Σημαντική για μένα ήταν και η ιδιαίτερα επικοιδομητική και φιλική συνεργασία που είχα με τον Δρ. κ. Εμμανουήλ Κίρτα, η οποία αποτυπώθηκε και σε μια σειρά δημοσιεύσεων των παραγόμενων αποτελεσμάτων της. Θεωρώ επίσης χρέος μου να επισημάνω την χρήσιμη ανταλλαγή απόψεων σε επιστημονικό επίπεδο που είχα με τον κ. Δημήτρη Ραπτάκη, επικ. καθηγητή του ΑΠΘ, η οποία και με βοήθησε στην ανάπτυξη και κατανόηση συγκεκριμένων θεμάτων κατά την διάρκεια εκπόνησης της διατριβής. Παράλληλα θα ήθελα να ευχαριστήσω τους συνεργάτες από διάφορα Πανεπιστήμια και κατασκευαστικές εταιρίες για την συνεργασία που αναπτύχθηκε στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος XSOILS, το οποίο και χρηματοδότησε ένα σημαντικό κομμάτι της έρευνας που έγινε. Στο σημείο αυτό θα πρέπει να τονίσω την σημαντική υλική και ηθική υποστήριξη που είχα καθ' όλη την διάρκεια εκπόνησης της διατριβής μου μέσω χορήγησης υποτροφίας από το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών, η οποία και αποτέλεσε σημαντικό στοιχείο αναγνώρισης και παράγοντα συνέχισης του ερευνητικού μου έργου. Ευχαριστώ επίσης τους υποψήφιους διδάκτορες και κυρίως φίλους Ηλία Δημητρακόπουλο και Σωτήρη Αργυρούδη για την στήριξη και την βοήθεια που μου προσέφεραν.

6 Τέλος ευχαριστώ τους Δρ. Μαρία Μανάκου, Όλγα-Joan Κτενίδου, Δρ. Πασχάλη Αποστολίδη, Δήμητρα Μάνου, Καλλιόπη Κακδέρη, Δρ. Αναστάσιο Αναστασιάδη, Αναστασία Αργύρουδη, Hemeda Sayed και Νίκο Αργυρίου για την συνεργασία μας όλο αυτό το διάστημα και το ευχάριστο κλίμα που υπήρχε στους χώρους του εργαστηρίου.

7 Στους γονείς μου, Νίκο και Ευαγγελία και στην αδερφή μου Μαρία για την αμέριστη συμπαράστασή τους σε κάθε μου προσπάθεια

8

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ i ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ i Κεφάλαιο 1 1 Αντικείμενο μελέτης και στόχοι της διατριβής 1.1 Αντικείμενο μελέτης της διατριβής Στόχοι της διατριβής Οργάνωση των περιεχομένων της διατριβής 3 Κεφάλαιο 2 6 Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 2.1 Κατηγοριοποίηση πασσάλων και µηχανισµοί σεισµικής φόρτισης Περιγραφή συμπεριφοράς και αστοχιών πασσάλων σε πραγματικούς σεισμούς Προσδιορισμός επιπέδου αστοχίας πασσάλων Θέσεις εμφάνισης αστοχιών κατά μήκος του πασσάλου Συσχέτιση μηχανισμού σεισμικής φόρτισης πασσάλων με την θέση εμφάνισης και τον βαθμό των αστοχιών Περιγραφή συγκεκριμένων περιστατικών αστοχίας πασσάλων ανά σεισμικό γεγονός Παρατηρήσεις με βάση ενόργανες καταγραφές Σύνοψη βασικών αιτιών αστοχίας πάσσαλων υπό σεισμική διέγερση Συμπερασματικά σχόλια 49 Κεφάλαιο 3 51 Βιβλιογραφική επισκόπηση πάνω στην αλληλεπίδραση εδάφους θεμελίωσης-ανωδομής 3.1 Γενική περιγραφή φαινομένου αλληλεπίδρασης Θεωρητική και πειραματική τεκμηρίωση της αλληλεπίδρασης Το ισοδύναμο μονοβάθμιο σύστημα Διαφοροποίηση σεισμικής κίνησης λόγω αλληλεπίδρασης Πειραματική μελέτη φαινομένου αλληλεπίδρασης Μέθοδοι αντιμετώπισης σε επίπεδο ανάλυσης Μέθοδος ανάλυσης του συνολικού συστήματος εδάφους - θεμελίωσηςανωδομής 66

10 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ii Μέθοδος αποσύζευξης αδρανειακής και κινηματικής αλληλεπίδρασης Εδαφική απόκριση Διάδοση των σεισμικών κυμάτων σε 3-διαστάσεις Μονοδιάστατη ανάλυση της εδαφικής απόκρισης Ενίσχυση εδαφικής κίνησης Ιδιομορφές εδαφικής απόθεσης Μέθοδοι προσομοίωσης συστήματος εδάφους-πασσάλου Μέθοδος ελαστικού συνεχούς μέσου Μέθοδος δοκού επί ελατηρίων Winkler Διαθέσιμα προσομοιώματα καμπυλών p-y υπό στατική ή μικρής συχνότητας ανακυκλιζόμενη φόρτιση Ανάπτυξη στατικών καμπυλών p-y για πολύστρωτους εδαφικούς σχηματισμούς Αλληλεπίδραση εδάφους πασσάλου υπό δυναμική φόρτιση Κινηματική αλληλεπίδραση πασσάλου-εδάφους Ορισμοί συντελεστών κινηματικής αλληλεπίδρασης Βασικές παράμετροι επηρεασμού κινηματικής αλληλεπίδρασης Επίδραση μαλακού επιφανειακού εδαφικού στρώματος Συνεκτίμηση κινηματικής αλληλεπίδρασης σε επίπεδο σχεδιασμού Παραμορφώσεις και ροπές πασσάλων λόγω κινηματικής αλληλεπίδρασης Μέθοδοι προσδιορισμού κινηματικών ροπών και καμπτικών παραμορφώσεων Προσδιορισμός δυναμικής δυσκαμψίας μεμονωμένου πασσάλου Αναλυτικές σχέσεις υπολογισμού δεικτών εμπέδησης μεμονωμένου πασσάλου Ανάλυση της ανωδομής Υπολογισμός ενεργού ιδιοπεριόδου κατασκευής με πασσαλοθεμελίωση Αντιμετώπιση σε επίπεδο κανονισμών Συμπερασματικά σχόλια 12 Κεφάλαιο Εκτίμηση συντελεστών δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους-πασσάλου με βάση μακροσκοπικά προσομοιώματα p-y 4.1 Σχολιασμός υφισταμένων μεθόδων προσομοίωσης Γενική περιγραφή διαδικασίας υπολογισμού Υπολογισμός βρόχων p-y με βάση τις αναπτυσσόμενες ροπές πασσάλου Δοκός Euler-Bernoulli Εφαρμογή σε εγκάρσια φορτιζόμενο πάσσαλο 13

11 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ iii Προσομοίωση της κατανομής της ροπής M(z) Παρεμβολή με καμπύλη (spline interpolation) Παρεμβολή με πολυώνυμο (polynomial interpolation) Ευαισθησία των αποτελεσμάτων στην επιλογή της συνάρτησης παρεμβολής Επιλογή μεθόδου παρεμβολής στην παρούσα έρευνα Υπολογισμός εδαφικής αντίδρασης p Υπολογισμός μετακίνησης πασσάλου y pile Επίλυση 2ου βαθμού διαφορικών εξισώσεων με την μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών Εφαρμογή στο υπό μελέτη πρόβλημα Σύνθεση αποτελεσμάτων - Αλγόριθμος υπολογισμού με το πρόγραμμα MATLAB Υπολογισμός συντελεστών δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους πασσάλου Υπολογισμός συντελεστή απόσβεσης c x Υπολογισμός συντελεστή δυσκαμψίας k x Συμπερασματικά σχόλια Πεδίο εφαρμογής 144 Κεφάλαιο Προσομοίωση της αλληλεπίδρασης και βαθμονόμηση αριθμητικών αναλύσεων 5.1 Αριθμητικές τεχνικές επίλυσης του προβλήματος της αλληλεπίδρασης Μέθοδος συνοριακών στοιχείων Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Υβριδικές μέθοδοι FEM-BEM Γενική παρουσίαση κώδικα που χρησιμοποιήθηκε στις αναλύσεις Αναγκαιότητα και δομή ελέγχου αξιοπιστίας του κώδικα Θέματα προσομοίωσης και ανάλυσης συστημάτων αλληλεπίδρασης με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων Γενική εξίσωση κίνησης υπό δυναμική φόρτιση Επίλυση στο πεδίο του χρόνου Επίλυση στο πεδίο των συχνοτήτων Προσομοίωση σε 1, 2 ή 3 διαστάσεις Τύπος πεπερασμένων στοιχείων και διακριτοποίηση Σεισμική διέγερση Απόσβεση εδάφους Προσομοίωση δυναμικής συμπεριφοράς εδάφους 172

12 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ iv Διάσταση προσομοιωμάτων και συνοριακές συνθήκες προβλήματος Ανάλυση μονοβάθμιου ταλαντωτή και σύγκριση με θεωρητικές λύσεις Απόκριση στο πεδίο του χρόνου Ελεύθερη ταλάντωση με απόσβεση Εξαναγκασμένη ταλάντωση με απόσβεση Απόκριση στο πεδίο των συχνοτήτων - Υπολογισμός δείκτη εμπέδησης Ανάλυση εδαφικής απόκρισης και σύγκριση με θεωρητικές λύσεις και άλλους κώδικες Διάδοση κυμάτων και σύγκριση με θεωρητικές λύσεις Διάδοση κυμάτων και σύγκριση με άλλους κώδικες Ανάλυση δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους πασσάλου και σύγκριση με θεωρητικές λύσεις Υπολογισμός δεικτών κινηματικής αλληλεπίδρασης Κινηματική καμπτική επιπόνηση πασσάλου Αδρανειακή αλληλεπίδραση Υπολογισμός δεικτών εμπέδησης πασσάλου Ανάλυση συνολικού συστήματος εδάφους θεμελίωσης ανωδομής στο πεδίο του χρόνου Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους- επιφανειακής θεμελίωσης-ανωδομής και σύγκριση με άλλους κώδικες Δυναμική αλληλεπίδραση εδάφους πασσαλοθεμελίωσης-ανωδομής και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα σε φυγοκεντριστή (centrifuge) Περιγραφή πειραματικής διάταξης φυγόκεντρου Ενοργάνωση πειράματος και διαθέσιμες καταγραφές απόκρισης Αριθμητική προσομοίωση της πειραματικής διάταξης Παράθεση αποτελεσμάτων Τελική αξιολόγηση κώδικα ANSYS 233 Κεφάλαιο Έλεγχος αξιοπιστίας αλγορίθμου και εφαρμογή της μεθοδολογίας 6.1 Διάρθρωση ελέγχου αξιοπιστίας Εφαρμογή σε μεμονωμένο πάσσαλο υπό στατική φόρτιση Εφαρμογή σε μεμονωμένο πάσσαλο υπό αρμονική φόρτιση Σύγκριση με αναλυτικές σχέσεις Εφαρμογή σε συζευγμένο σύστημα εδάφους-πασσάλου-ανωδομής υπό σεισμική φόρτιση Στάδιο 1: Ανάστροφος υπολογισμός βρόχων p-y Επιλογή βαθμού πολυωνύμου προσομοίωσης των ροπών 247

13 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ v Προσδιορισμός συνοριακών συνθηκών μετακίνησης πασσάλου Ενδιάμεσος έλεγχος μετακίνησης ανωδομής Εξαγωγή βρόχων p-y με το βάθος Στάδιο 2: Υπολογισμός συντελεστών δυσκαμψίας και απόσβεσης k x c x Προσδιορισμός δεσπόζουσας ιδιοπεριόδου εδαφικής κίνησης Προσδιορισμός παραμέτρων Α D, p max, y max Ανάλυση αριθμητικού προσομοιώματος και σύγκριση με πειραματικές καταγραφές Επιρροή συχνότητας στην απόκριση του συζευγμένου συστήματος Επισκόπηση αποτελεσμάτων Επίλυση με εναλλακτικές προσεγγίσεις υπολογισμού των συντελεστών k x και c x Συμπερασματικά σχόλια 279 Κεφάλαιο 7 28 Δυναμική ανάλυση συζευγμένων συστημάτων εδάφους-πασσαλοθεμελίωσης-ανωδομής 7.1 Διευκρίνιση βασικών αξόνων ανάλυσης Παρουσίαση του υπό μελέτη συστήματος και αριθμητική προσομοίωση Διάρθρωση παραμετρικών αναλύσεων Έλεγχος φέρουσας ικανότητας του μεμονωμένου πασσάλου Ορισμός μεγεθών απόκρισης που χρησιμοποιήθηκαν κατά την μελέτη Επιρροή αλληλεπίδρασης στην δεσπόζουσα ιδιοσυχνότητα του συστήματος Υπολογισμός ενεργού ιδιοσυχνότητας f SSI Επιρροή εξεταζόμενων παραμέτρων (S H, 1/σ) στην ενεργό ιδιοσυχνότητα f SSI Σύγκριση αριθμητικών αποτελεσμάτων με εμπειρικές και αναλυτικές προσεγγίσεις Επιρροή αλληλεπίδρασης στην κίνηση του πασσάλου Εντοπισμός συχνοτήτων που επηρεάζουν την κίνηση του πασσάλου Ρόλος της ενεργού ψευδο-ιδιοσυχνότητας f pssi του συστήματος Συσχέτιση αποτελεσμάτων με συντελεστές κινηματικής αλληλεπίδρασης Διερεύνηση καμπτικής επιπόνησης πασσάλου Σύγκριση κανονικοποιημένων ροπών M norm Σχολιασμός αποτελεσμάτων Σύγκριση καμπτικών παραμορφώσεων ε p (z) 324

14 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ vi Λόγος καμπτικής παραμόρφωσης πασσάλου ε p (z) προς μέση διατμητική παραμόρφωση εδάφους γ m Λόγος καμπτικών παραμορφώσεων πασσάλου-ανωδομής ε p (z)/ε c Επιρροή δέσμευσης της στροφής στην κορυφή της ανωδομής Διαφοροποίηση ιδιοσυχνοτήτων (f SSI, f pssi ) συζευγμένου συστήματος Διαφοροποίηση μετακίνησης πασσάλου Διαφοροποίηση καμπτικής επιπόνησης πασσάλου Εκτίμηση συντελεστών δυσκαμψίας και απόσβεσης κατανεμημένων ελατηρίων και αποσβεστήρων (k x και c x ) πασσάλου ως μέλος του συζευγμένου συστήματος Εφαρμογή της διαδικασίας και σύγκριση με υφιστάμενα μοντέλα Επέκταση υφιστάμενων μοντέλων στο συζευγμένο σύστημα Υπολογισμός ισοδύναμου ποσοστού απόσβεσης ζ eq Συμπερασματικά σχόλια 36 Κεφάλαιο Συμπεράσματα και προτάσεις για περαιτέρω έρευνα 8.1 Σύνοψη βασικών εργασιών Κινηματική αλληλεπίδραση εδάφους-πασσάλου Εφαρμογή της διαδικασίας ανάστροφου υπολογισμού των βρόχων p-y Ανάλυση δυναμικής απόκρισης συζευγμένου συστήματος Ενεργός (SSI) ιδιοσυχνότητα συστήματος Ενεργός ψευδο-ιδιοσυχνότητα (pssi) συστήματος Επιρροή συζευγμένου συστήματος στην κίνηση του πασσάλου Καμπτική επιπόνηση πασσάλου ως μέλος του συζευγμένου συστήματος Επιρροή συνοριακών συνθηκών ανωδομής Επέκταση υφιστάμενων αναλυτικών μοντέλων κατανεμημένης δυσκαμψίας και απόσβεσης πασσάλου στο συζευγμένο σύστημα Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα 377 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 379 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 43 SUMMARY 46 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ Παράρτημα Α : Διαδικασία υπολογισμού καμπυλών p-y με βάση υφιστάμενα αναλυτικά μοντέλα υπό στατική ή ανακυκλιζόμενη φόρτιση I II

15 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ vii Παράρτημα Β : Αλγόριθμος υπολογισμού βρόχων p-y με βάση τις αναπτυσσόμενες ροπές πασσάλου (Εφαρμογή στην γλώσσα προγραμματισμού MATLAB) Παράρτημα Γ : Εφαρμογή υφιστάμενων αναλυτικών μοντέλων p-y, υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, στο εδαφικό προφίλ των πειραμάτων φυγοκεντριστή Παράρτημα Δ : Παράθεση αποτελεσμάτων εφαρμογής της μεθοδολογίας p-y στο συζευγμένο σύστημα εδάφους-πασσάλου-ανωδομής και σύγκριση με υφιστάμενες και προτεινόμενες αναλυτικές εκφράσεις V VII XI

16 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Αντικείμενο μελέτης και στόχοι της διατριβής 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Αντικείμενο μελέτης και στόχοι της διατριβής ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Αντικείμενο μελέτης της διατριβής Στόχοι της διατριβής Οργάνωση των περιεχομένων της διατριβής 1.1 Αντικείμενο μελέτης της διατριβής Το υψηλό επίπεδο επιστημονικής έρευνας σχετικά με την σεισμική απόκριση των κατασκευών και η εμπειρία που έχει αποκτηθεί σε θέματα κατασκευαστικής πρακτικής παρέχουν στην σημερινή εποχή την δυνατότητα υλοποίησης σημαντικών τεχνικών έργων και υποδομών. Σε αυτές τις περιπτώσεις, η χρήση πασσάλων και εν γένει βαθιών θεμελιώσεων για την παραλαβή των φορτίων της ανωδομής αποτελεί μια από τις πλέον δόκιμες λύσεις θεμελίωσης, ιδιαίτερα υπό δυσμενείς εδαφικές συνθήκες με την παρουσία μαλακών επιφανειακών στρώσεων μειωμένης αντοχής. Η σημαντικότητα δε των κατασκευών θεμελιωμένων επί πασσάλων σε συνδυασμό με τις απαιτήσεις των σύγχρονων αντισεισμικών κανονισμών, ιδιαίτερα σε περιοχές υψηλής σεισμικής επικινδυνότητας, κάνει αναγκαία την ολοκληρωμένη κατά το δυνατόν γνώση των κρίσιμων παραμέτρων και μηχανισμών απόκρισης που θα πρέπει να συνεκτιμώνται στα πλαίσια ενός ασφαλούς σχεδιασμού. Προς την κατεύθυνση αυτήν, πλήθος θεωρητικών και πειραματικών ερευνών καθώς και παρατηρήσεων από πραγματικά σεισμικά γεγονότα έχουν αναδείξει τον σημαντικό ρόλο της αλληλεπίδρασης εδάφους θεμελίωσης-κατασκευής στην διαφοροποίηση των δυναμικών χαρακτηριστικών και κατ' επέκταση της σεισμικής απόκρισης των κατασκευών. Ιδιαίτερα δε στην περίπτωση των πασσάλων, δεδομένης της έντονης σύζευξης του συγκεκριμένου τύπου θεμελίωσης με το περιβάλλον έδαφος, ο συνυπολογισμός της εδαφικής ενδοσιμότητας κατά την εκτίμηση της σεισμικής συμπεριφοράς της υπερκείμενης ανωδομής αποτελεί σε ορισμένες περιπτώσεις έναν απαραίτητο έλεγχο πριν τον τελικό ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΡΟΒΙΘΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

17 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Αντικείμενο μελέτης και στόχοι της διατριβής 2 σχεδιασμό, όπως άλλωστε επιβάλλεται ή τουλάχιστον αναγνωρίζεται από την πλειονότητα των αντισεισμικών κανονισμών. Παρόλο που μέχρι σήμερα έχει πραγματοποιηθεί σημαντική πρόοδος στην κατανόηση του μηχανισμού της αλληλεπίδρασης και την αποσαφήνιση της επιρροής των επιμέρους παραμέτρων που εμπλέκονται σε αυτό, οι ερευνητικές προσπάθειες που έχουν πραγματοποιηθεί στα πλαίσια μιας συνολικής θεώρησης του συστήματος είναι σχετικά περιορισμένες και συχνά οδηγούν σε αποτελέσματα που δύσκολα μπορούν να υιοθετηθούν στην πράξη. Παράλληλα, η πολυπαραμετρικότητα του φυσικού φαινομένου καθώς και η έντονη εξάρτησή του από τα χαρακτηριστικά της σεισμικής διέγερσης εισάγουν έναν επιπλέον προβληματισμό στο κατά πόσο μια σειρά συμπερασμάτων που έχουν εξαχθεί δύναται να γενικευτούν καλύπτοντας ένα ευρύτερο φάσμα περιπτώσεων. Οι παραπάνω σκέψεις κατέληξαν στην ανάγκη μιας εμπεριστατωμένης διερεύνησης της δυναμικής απόκρισης του συζευγμένου συστήματος εδάφους-πασσαλοθεμελίωσηςανωδομής, προσδιορίζοντας έτσι το αντικείμενο μελέτης της παρούσας διατριβής με βασικό πεδίο έρευνας τον μεμονωμένο πάσσαλο. 1.2 Στόχοι της διατριβής Έχοντας οριοθετήσει το αντικείμενο μελέτης και λαμβάνοντας υπόψη την αναγκαιότητα σύνδεσης των αποτελεσμάτων μιας ερευνητικής προσπάθειας με την δυνατότητα πρακτικής τους εφαρμογής, έστω και σε έναν πρώτο προσεγγιστικό βαθμό, καθορίστηκαν οι βασικοί στόχοι της διατριβής, οι οποίοι μπορούν να διαχωριστούν σε τρεις κύριους άξονες σχετικά με: α) την δυνατότητα ανάπτυξης μιας διαδικασίας προσδιορισμού της δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους-πασσάλου, όπως αυτή αποτυπώνεται στις σταθερές των κατανεμημένων ελατηρίων και αποσβεστήρων κατά μήκος του πασσάλου, με βάση πρωτογενή δεδομένα προερχόμενα είτε από πειραματικές μετρήσεις είτε από αριθμητικές αναλύσεις β) την κατά το δυνατόν εκτεταμένη παραμετρική διερεύνηση της δυναμικής απόκρισης του συζευγμένου συστήματος με χρήση εξελιγμένων προγραμμάτων Η/Υ πεπερασμένων στοιχείων και υιοθέτηση βαθμονομημένων αριθμητικών μοντέλων, επικεντρώνοντας την μελέτη: (β1) Στην επιρροή της αλληλεπίδρασης στα δυναμικά χαρακτηριστικά της κατασκευής (β2) Στον προσδιορισμό των συχνοτήτων στις οποίες εντοπίζεται η απόκριση του συστήματος και τον βαθμό στον οποίο αυτές διαφοροποιούνται ανάλογα με τις επιμέρους ιδιότητές του. (β3) Στην διαφοροποίηση της κίνησης του πασσάλου σε σχέση με την εδαφική κίνηση στο ελεύθερο πεδίο στα πλαίσια του συζευγμένου συστήματος, συνεκτιμώντας

18 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Αντικείμενο μελέτης και στόχοι της διατριβής 3 κατά συνέπεια και την παρουσία της ανωδομής. (β4) Στον τρόπο με τον οποίο η συχνότητα της διέγερσης και η σχέση της με τις βασικές ιδιοσυχνότητες του συστήματος διαμορφώνουν την απόκριση του μεμωνομένου πασσάλου σε επίπεδο καμπτικής επιπόνησης, αναδεικνύοντας την επιμέρους συμβολή της αδρανειακής και κινηματικής αλληλεπίδρασης καθώς και την εμφάνιση ενδεχόμενων φαινομένων συντονισμού του συστήματος. (β5) Στην διερεύνηση της επιρροής των συνοριακών συνθηκών της ανωδομής δεσμεύοντας τον στροφικό βαθμό ελευθερίας στην κορυφή της. γ) την εξαγωγή, με βάση τα αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων και με εφαρμογή της αναπτυχθείσας διαδικασίας, μιας εναλλακτικής προσέγγισης υπολογισμού των κατανεμημένων ελατηρίων και αποσβεστήρων κατά μήκος του πασσάλου λαμβάνοντας υπόψη το συζευγμένο σύστημα εδάφους-πασσάλου-ανωδομής, με άμεση δυνατότητα χρήσης σε απλοποιημένα προσομοιώματα του συνολικού συστήματος, διαθέσιμα από το σύνολο των λογισμικών πακέτων ανάλυσης. 1.3 Οργάνωση των περιεχομένων της διατριβής Για την επίτευξη των παραπάνω στόχων δομήθηκε μια κατά το δυνατόν ορθολογική και σταδιακή αντιμετώπιση του προβλήματος στην οποία και βασίστηκε η οργάνωση των περιεχομένων της παρούσας διατριβής. Πιο συγκεκριμένα: Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται το αντικείμενο και οι στόχοι της διατριβής Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται μια αναλυτική βιβλιογραφική επισκόπηση της σεισμικής συμπεριφοράς πασσάλων με βάση ιστορικά περιστατικά αστοχιών από πραγματικούς σεισμούς καθώς και παρατηρήσεις από ενόργανες καταγραφές. Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει αρκετό ενδιαφέρον δεδομένου ότι περιέχει μια γενικότερη αναφορά στους διαπιστευμένους μηχανισμούς αστοχίας των πασσάλων και των αιτιών στις οποίες αποδόθηκαν. Μέσα από την περιγραφή συγκεκριμένων ιστορικών περιστατικών επιχειρείται η ανάδειξη μιας σειράς επιμέρους θεμάτων σχετικών με το φαινόμενο της αλληλεπίδρασης βασισμένων σε επί τόπου μετασεισμικές παρατηρήσεις και πραγματικές καταγραφές. Στο Κεφάλαιο 3 η βιβλιογραφική επεκτείνεται καθαρά πλέον στο θέμα της αλληλεπίδρασης με έμφαση στην περίπτωση των πασσάλων. Παρουσιάζονται αποτελέσματα πειραματικών και θεωρητικών ερευνών πάνω στο συγκεκριμένο πρόβλημα ενώ γίνεται και μια ιδιαίτερα εκτενής αναφορά σε θέματα προσομοίωσης και ανάλυσης με αναλυτική παρουσίαση των διαθέσιμων μεθόδων. Με τον τρόπο αυτό διαμορφώθηκε ουσιαστικά το θεωρητικό υπόβαθρο στο οποίο βασίστηκε η διαδικασία βαθμονόμησης των αριθμητικών προσομοιωμάτων και των διαδικασιών ανάλυσης που αναπτύχθηκαν στην συνέχεια.

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Αντικείμενο μελέτης και στόχοι της διατριβής 4 Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται η διαδικασία εκτίμησης των συντελεστών δυσκαμψίας και απόσβεσης (k x και c x ) δυναμικής αλληλεπίδρασης εδάφους-πασσάλου με βάση τους αντίστοιχους βρόχους p-y που προκύπτουν υπό δυναμική ή σεισμική φόρτιση σε κάθε βάθος κατά μήκος του πασσάλου. Περιγράφεται αναλυτικά η διαδικασία ανάστροφου υπολογισμού των βρόχων p-y με βάση τις αναπτυσσόμενες ροπές του πασσάλου καθώς και ο τρόπος με τον οποίο προκύπτουν στην συνέχεια οι συντελεστές δυσκαμψίας και απόσβεσης. Το κεφάλαιο αυτό ολοκληρώνεται με την διατύπωση των πλεονεκτημάτων της συγκεκριμένης διαδικασίας καθώς και του πεδίου εφαρμογής της. Στο Κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται μια ιδιαίτερα εκτενής σειρά αναλύσεων βαθμονόμησης του χρησιμοποιούμενου κώδικα πεπερασμένων στοιχείων. Μετά από μια σύντομη περιγραφή της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων καθώς και διαφόρων θεμάτων προσομοίωσης, ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων της βαθμονόμησης, η οποία δομήθηκε σε επιμέρους στάδια, προκειμένου να επαληθευθεί η δυνατότητα ορθής απόδοσης από τον συγκεκριμένο κώδικα τόσο της διάδοσης των σεισμικών κυμάτων στο εδαφικό μέσο όσο και της επιρροής της αλληλεπίδρασης στην απόκριση του συστήματος, συμπεριλαμβάνοντας διαδοχικά: Ανάλυση μονοβάθμιου ταλαντωτή στο πεδίο του χρόνου και στο πεδίο των συχνοτήτων και σύγκριση με θεωρητικές λύσεις Ανάλυση εδαφικής απόκρισης και σύγκριση με θεωρητικές λύσεις και άλλα προγράμματα Η/Υ περισσότερο προσανατολισμένα στην μελέτη της εδαφικής απόκρισης. Ανάλυση συστήματος εδάφους-πασσάλου υπό κινηματική και αδρανειακή φόρτιση και σύγκριση με διαθέσιμες αναλυτικές σχέσεις από την βιβλιογραφία. Ανάλυση συζευγμένου συστήματος εδάφους-θεμελίωσης-ανωδομής (επιφανειακή θεμελίωση και μεμονωμένος πάσσαλος) στο πεδίο του χρόνου και σύγκριση με άλλους κώδικες πεπερασμένων στοιχείων καθώς και με αποτελέσματα πειραμάτων. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζεται ο έλεγχος της διαδικασίας που περιγράφηκε στο κεφάλαιο 4 για τον οποίο χρησιμοποιούνται διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα υπό στατικές και σεισμικές συνθήκες φόρτισης, υπάρχουσες αναλυτικές σχέσεις καθώς και αποτελέσματα από την ανάλυση των βαθμονομημένων αριθμητικών προσομοιωμάτων ώστε να τεκμηριωθούν οι επιμέρους παραδοχές που υιοθετήθηκαν, εξασφαλίζοντας ένα γενικό πλαίσιο ορθής εφαρμογής της διαδικασίας. Παράλληλα κατά την εφαρμογή της διαδικασίας, διερευνήθηκαν διάφορα θέματα σχετικά με μια σειρά επιλογών που απαιτεί η εφαρμογή της διαδικασίας. Ενδιαφέροντα συμπεράσματα προέκυψαν κατά το τελικό στάδιο ελέγχου, όπου και αξιοποιήθηκε μια σειρά καλά τεκμηριωμένων πειραματικών αποτελεσμάτων σε διάταξη φυγοκεντριστή η οποία περιελάμβανε μονοβάθμιο ταλαντωτή θεμελιωμένο με μεμονωμένο πάσσαλο σε διστρωματικό έδαφος με επιφανειακή στρώση πολύ μαλακής αργίλου.

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: Αντικείμενο μελέτης και στόχοι της διατριβής 5 Στο Κεφάλαιο 7 παρουσιάζεται το βασικό κομμάτι των αριθμητικών παραμετρικών αναλύσεων υιοθετώντας ένα βαθμονομημένο τρισδιάστατο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων, μέσω του οποίου εξετάζεται διεξοδικά η δυναμική απόκριση του συζευγμένου συστήματος εδάφους-πασσάλου-ανωδομής στο πεδίο των συχνοτήτων. Η επισκόπηση των αποτελεσμάτων γίνεται με άξονα την επίτευξη των αρχικών στόχων που τέθηκαν αναδεικνύοντας την επιρροή των παραμέτρων που εξετάστηκαν. Ακολούθως εφαρμόζεται η διαδικασία που περιγράφηκε στο κεφάλαιο 4 και βαθμονομήθηκε στο κεφάλαιο 6 χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων, η οποία κατέληξε σε μια εναλλακτική προσέγγιση υπολογισμού της σταθεράς των κατανεμημένων ελατηρίων και αποσβεστήρων του πασσάλου, με άμεση δυνατότητα χρήσης σε απλοποιημένες αναλύσεις τύπου Winkler του συνολικού συστήματος εδάφους-πασσάλου-ανωδομής. Τέλος στο Κεφάλαιο 8 διατυπώνονται τα βασικά συμπεράσματα που προέκυψαν κατά τα διάφορα στάδια μελέτης και ακολουθεί μια σειρά σκέψεων σχετικά με την περαιτέρω επέκταση της έρευνας.

21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 6 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ Κατηγοριοποίηση πασσάλων και µηχανισµοί σεισµικής φόρτισης Περιγραφή συμπεριφοράς και αστοχιών πασσάλων σε πραγματικούς σεισμούς Παρατηρήσεις με βάση ενόργανες καταγραφές Σύνοψη βασικών αιτιών αστοχίας πασσάλων υπο σεισμική διέγερση Συμπεράσματα 2.1 Κατηγοριοποίηση πασσάλων και µηχανισµοί σεισµικής φόρτισης Οι πάσσαλοι χρησιμοποιούνται κατά κύριο λόγο στην περίπτωση κατασκευών σημαντικού βάρους (π.χ πολυώροφα κτίρια, γέφυρες, δεξαμενές) που πρόκειται να θεμελιωθούν σε μαλακά εδάφη, με βασικό στόχο την μεταφορά των φορτίων της ανωδομής σε βαθύτερα εδαφικά στρώματα αυξημένης αντοχής και δυστμησίας. Από άποψη λειτουργίας, η μεταφορά των φορτίων στο περιβάλλον έδαφος πραγματοποιείται τόσο μέσω της βάσης έδρασης των πασσάλων όσο και (κυρίως) μέσω της παράπλευρης επιφάνειάς τους, γεγονός το οποίο αποτελεί και την βασική διαφορά σε σχέση με τις επιφανειακές θεμελιώσεις. Κατά συνέπεια οι πάσσαλοι είναι δυνατόν να διαχωριστούν σε δύο βασικές κατηγορίες με βάση το μηχανισμό μεταφοράς των φορτίων στο περιβάλλον έδαφος. Στην περίπτωση όπου το έδαφος θεμελίωσης αποτελείται κυρίως από στιφρή άργιλο σημαντικού πάχους (Σχήμα 2.1α), οι "πάσσαλοι τριβής" μεταβιβάζουν τα φορτία μέσω της πλευρικής τριβής που αναπτύσσεται στην διεπιφάνεια πασσάλου-εδάφους ενώ στις περιπτώσεις κατά τις οποίες ένα στρώμα μαλακής αργίλου / ιλύος υπέρκειται ενός στρώματος πυκνής άμμου, αμμοχάλικου ή βράχου (Σχήμα 2.1β,γ,δ) οι πάσσαλοι μεταφέρουν τα φορτία μέσω της αιχμής τους και κατά συνέπεια ονομάζονται "πάσσαλοι αιχμής". Χαρακτηριστικές περιπτώσεις εδαφικής διαστρωμάτωσης στις οποίες ενδείκνυται η χρησιμοποίηση πασσάλων δίνονται στο Σχήμα 2.1 (Αναγνωστόπουλος et al. 24). Ο τρόπος λειτουργίας των πασσάλων, που περιγράφηκε παραπάνω σε γενικές γραμμές, σχετίζεται άμεσα και με την συμπεριφορά μιας πασσαλοθεμελίωσης σε σεισμική διέγερση όπου πλέον οι πάσσαλοι καλούνται να παραλάβουν πρόσθετα φορτία τα οποία είναι ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΡΟΒΙΘΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

22 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 7 Στιφρή άργιλος Μαλακή άργιλος / ιλύς Μαλακή άργιλος / ιλύς Μαλακή άργιλος / ιλύς Βράχος Πυκνή άμμος Μαλακή άργιλος / ιλύς Βράχος Πυκνή άμμος (α) (β) (γ) (δ) Σχήμα 2.1. Κατηγοριοποίηση πασσάλων με βάση τον μηχανισμό μεταφοράς των φορτίων στο περιβάλλον έδαφος (Αναγνωστόπουλος et al., 24): (α) Πάσσαλοι τριβής (β),(γ),(δ) Πάσσαλοι αιχμής δυνατόν να προκύψουν λόγω: Εδαφικής ταλάντωσης: Επιπόνηση πασσάλων λόγω εδαφικής παραμόρφωσης κατά την διάδοση των σεισμικών κυμάτων μέσα στο εδαφικό μέσο με αποτέλεσμα την ανάπτυξη τόσο καμπτικών και διατμητικών τάσεων στους πασσάλους όσο και μετατοπίσεων/στροφών στην κεφαλή του. Αδρανειακών φορτίων: Φόρτιση πασσάλων λόγω αδρανειακής ταλάντωσης της ανωδομής. Ρευστοποίηση εδάφους: Επιβολή σημαντικών φορτίων υπό μορφή καταναγκασμού μετακίνησης λόγω πλευρικής εξάπλωσης του εδάφους με ταυτόχρονη απώλεια πλευρικής στήριξης εξαιτίας της μείωσης της εδαφικής δυσκαμψίας ακόμα και όταν το περιβάλλον έδαφος δεν έχει ρευστοποιηθεί πλήρως (περίπτωση μερικής ρευστοποίησης). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι παρά την εφαρμογή υψηλών συντελεστών ασφάλειας που χρησιμοποιούνται κατά τον σχεδιασμό των πασσάλων για τα στατικά κατακόρυφα φορτία, η εμπειρία τόσο από παλιότερα όσο και από πιο πρόσφατα σεισμικά γεγονότα έχει αποδείξει ότι η σεισμική επιπόνηση μπορεί να προκαλέσει σημαντικές αστοχίες σε πασσάλους. Ο βαθμός και η θέση εμφάνισης των αστοχιών αυτών κατά μήκος του πασσάλου είναι δυνατόν να διαφοροποιείται για κάθε ένα από τους παραπάνω μηχανισμούς φόρτισης ενώ παράλληλα εξαρτάται και από σειρά παραμέτρων που σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης, τον τύπο του εδάφους θεμελίωσης καθώς και τις ιδιότητες της υπερκείμενης κατασκευής. Γίνεται λοιπόν κατανοητό ότι η σεισμική απόκριση των πασσαλοθεμελιώσεων αποτελεί ένα σύνθετο φαινόμενο οι επιμέρους συνιστώσες του οποίου θα πρέπει αρχικά να αναγνωρισθούν και στην συνέχεια να αντιμετωπιστούν σε επίπεδο σχεδιασμού. Προς την κατεύθυνση αυτή έχουν συμβάλλει σημαντικά τα συμπεράσματα που έχουν προκύψει από ένα πλήθος ερευνών που έχει πραγματοποιηθεί, ιδιαίτερα τα τελευταία 3 χρόνια, τόσο σε επίπεδο μετασεισμικών παρατηρήσεων της συμπεριφοράς των πασσάλων (Ohta et al. 198, Mizuno 1987, Tazoh et al. 1987, Matsui and Oda 1996, Matsui et al. 1997, Berill ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΡΟΒΙΘΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 8 and Yazuda 22, Finn L. and Fujita N. 22, Ishihara and Cubrinovski 24) όσο και σε επίπεδο επί τόπου μετρήσεων και εργαστηριακών δοκιμών της σεισμικής τους απόκρισης (Georgiadis et al. 1992, Wilson 1998, Meymand 1998, Dobry et al. 23, Tokimatsu et al. 24) με απώτερο στόχο την κατανόηση του φυσικού φαινομένου και την διερεύνηση των κρίσιμων παραμέτρων που επηρεάζουν την συμπεριφορά των πασσάλων και εν γένει των βαθιών θεμελιώσεων. Με βάση τα παραπάνω, γίνεται στο κεφάλαιο αυτό μια παρουσίαση συγκεκριμένων περιστατικών αστοχίας πασσάλων λόγω σεισμού καθώς και παρατηρήσεων µε βάση ενόργανες καταγραφές. Στόχο της παρουσίασης αυτής αποτέλεσε η περιγραφή των βασικών μηχανισμών που επηρεάζουν την σεισμική απόκριση των πασσάλων προκαλώντας σε ορισµένες περιπτώσεις σηµαντικού βαθµού αστοχίες. Μεταξύ αυτών αναδεικνύεται μέσα από συγκεκριμένες περιπτώσεις η σηµαντική επίδραση του φαινομένου της αλληλεπίδρασης εδάφους - πασσαλοθεµελίωσης - ανωδοµής, το οποίο περιγράφεται εκτενώς στο επόμενο κεφάλαιο της παρούσας διατριβής. 2.2 Περιγραφή συμπεριφοράς και αστοχιών πασσάλων σε πραγματικούς σεισμούς Η επί τόπου παρατήρηση της κατάστασης των πασσάλων, όπου αυτή είναι δυνατή, μετά από ένα σεισμό σε συνδυασμό με την γνώση των χαρακτηριστικών του εδάφους θεμελίωσης και των ιδιοτήτων της ανωδομής αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα κριτήρια για την κατανόηση της σεισμικής τους συμπεριφοράς, δεδομένου ότι διαμορφώνει μια ολοκληρωμένη εικόνα του φυσικού φαινομένου και κατά συνέπεια οδηγεί σε μια ευκολότερη και περισσότερο αξιόπιστη τεκμηρίωση των αιτιών που οδήγησαν στις παρατηρούμενες αστοχίες. Μια αρκετά ολοκληρωμένη βάση δεδομένων δίνεται στην εργασία του Mizuno 1987, ο οποίος αποτέλεσε έναν από τους πρώτους ερευνητές που συγκέντρωσε σημαντικό αριθμό πληροφοριών σχετικά με παρατηρούμενες αστοχίες πασσάλων εξαιτίας σεισμών που έλαβαν χώρα στην Ιαπωνία: Niigata (1964), Tokachi-Oki (1968) Miyagiken-Oki (1978), Urakawa-Oki (1983) και Ninhokai-Nambu (1983). Πλήθος πρόσθετων περιπτώσεων πασσάλων που υπέστησαν βλάβες κατά την διάρκεια σεισμικών γεγονότων μπορούν να αναζητηθούν στην βιβλιογραφία (Tazoh and Gazetas 1996, Tokimatsu et al. 1998, Tokimatsu 1999, Bodet et al. 21), ειδικά μετά τον ισχυρό σεισμό με μέγεθος Μ w =6.9 που έπληξε την περιοχή του Kobe (1995). Συγκεκριμένα στην εργασία των Bodet et al. 21, πέρα από τα προαναφερθέντα σεισμικά γεγονότα έχουν συλλεχθεί παρατηρήσεις αστοχιών πασσάλων και από άλλους σημαντικούς σεισμούς (π.χ Loma Prieta 1989, Mexico 1985). Οι σχετικές πληροφορίες, οι οποίες δίνονται συγκεντρωτικά στον Πίνακα 2.1 ανά περίπτωση αστοχίας, περιλαμβάνουν ένα σημαντικό εύρος δεδομένων τα οποία αφορούν

24 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 9 στα χαρακτηριστικά των πασσάλων (υλικό, μήκος, διάμετρο), στον τύπο της ανωδομής (κτίριο, γέφυρα, δεξαμενή), στην εδαφική διαστρωμάτωση και στις ιδιότητες των εδαφικών στρώσεων σε επίπεδο αριθμού κτύπων N spt, στην εδαφική επιτάχυνση κοντά στην πασσαλοθεμελίωση καθώς και σε μια σύντομη περιγραφή του τύπου της αστοχίας. Παράλληλα για κάθε εξεταζόμενη περίπτωση δίνεται και ο μηχανισμός φόρτισης (Εδαφική ταλάντωση, ρευστοποίηση, αδρανειακά φορτία ανωδομής) στον οποίο αποδόθηκε η εμφάνιση των παρατηρούμενων αστοχιών. Επίσης, όπου αυτό ήταν δυνατό δίνεται και μία τάξη μεγέθους της μετακίνησης στην κεφαλή του πασσάλου καθώς και της μόνιμης εδαφικής μετακίνησης σε περιπτώσεις όπου παρατηρήθηκαν έντονα φαινόμενα ρευστοποίησης και επακόλουθης εδαφικής εξάπλωσης. Με βάση τα στοιχεία του Πίνακα 2.1 παρέχεται, για τις συγκεκριμένες περιπτώσεις που αναφέρονται, η δυνατότητα συσχέτισης των παρατηρούμενων αστοχιών των πασσάλων τόσο με τα χαρακτηριστικά του αντίστοιχου συστήματος εδάφους πασσαλοθεμελίωσης - ανωδομής όσο και με τον μηχανισμό σεισμικής φόρτισης, γεγονός το οποίο είναι δυνατόν να οδηγήσει σε μια σειρά γενικών παρατηρήσεων σχετικά με τον βαθμό και την θέση των αστοχιών καθώς και την διαφοροποίηση αυτών ανά περίπτωση.

25 Κεφ.2 : Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 1 Πίνακας 2.1. Περιγραφή πραγματικών περιστατικών αστοχίας πασσάλων (after Bodet et al. 21) Σεισμός Niigata, 1964 Niigata, 1964 ΝΗΚ, Niigata, 1964 Niigata, 1964 Hokuriku, Niigata, 1964 Niigata, 1964 NFCH, Niigata, 1964 Είδος πασσάλου Μεταλλικός Τύπος ανωδομής Γέφυρα D p (m).6 (tw=12mm) L p (m) 25 Ο/Σ Κτίριο.6 1 Ο/Σ 4όροφο Κτίριο Ο/Σ Κτίριο.35 - Ο/Σ 1όρορφο κτίριο Είδος εδάφους Λεπτόκοκκη άμμος -19m: N spt = m- : N spt =3 Άργιλος -1m: N spt =2-7 Άμμος 1m- : N spt =2 Χαλαρή άμμος -1m: N spt =5-1 Άμμος 1m- : N spt =19-25 Ιλυώδης άμμος -6m: N spt =5-1 Χαλαρή Άμμος 6-12m : N spt =6-1 Άμμος 12m- : N spt =1-4 Επιτάχυνση g g g g Περιγραφή αστοχίας Τοπικός λυγισμός, Υπέρβαση καμπτικής αντοχής Ρηγμάτωση, σύνθλιψη σκυροδέματος, αποκάλυψη οπλισμού Ρηγμάτωση, σύνθλιψη σκυροδέματος, αποκάλυψη οπλισμού Οριζόντιες και διαγώνιες ρηγματώσεις Πιθανή αιτία αστοχιών Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Μόνιμη μετακ. κεφαλής πασσάλου (m) Μόνιμη μετακίνησ η εδάφους (m) 2m g Χωρίς αστοχίες 2 Ο/Σ Γέφυρα g Ο/Σ Κτίριο Ο/Σ.35 9 Χαλαρή άμμος -8m: N spt =<1 Άμμος 8m- : N spt = g Καμπτικού τύπου αστοχίες Αστοχία διατομής 3m κάτω από κεφαλή και στην διεπιφάνεια των εδαφικών στρώσεων Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΡΟΒΙΘΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 11 Πίνακας 2.1. Συνέχεια Σεισμός NFCH, Niigata, 1964 Niigata, 1964 Tokachi- Oki, 1968 Miyagiken - Oki 1978 Miyagiken - Oki 1978 Mexico, 1985 Mexico, 1985 Είδος πασσάλου Τύπος ανωδομής D p (m) L p (m) Ο/Σ Κτίριο Ο/Σ.35 7 Π/Σ 2όροφο Κτίριο.3 1 Ο/Σ Γέφυρα Π/Σ Ο/Σ Ο/Σ Ο/Σ 3όροφο Κτίριο 11όρορφο κτίριο 16όροφο Κτίριο Ο/Σ 8όροφο Κτίριο Ο/Σ.25 5??.3x.4 (τετραγωνικ ής διατομής) Είδος εδάφους Χαλαρή άμμος -8m: N spt =<1 Άμμος 8m- : N spt =1-25 Άργιλος -1m: N spt =2-7 Άμμος 1m- : N spt = m: N spt = 1-25m:N spt =11-34 Άργιλος -4.5m: q u =.5KP Άμμος 4.5m- : N spt =4 Άργιλος -4.5m: q u =.5KP Άμμος 4.5m- : N spt =41 Ιλυώδης κρούστα -2.5m: N spt =5-1 Άργιλος m:N spt = Άμμος 32m- : N spt =5 Ιλυώδης κρούστα -2.7m: N spt =5-1 Άργιλος m:N spt = Άμμος 34m- : N spt =5 Επιτάχυνση g g.23g.3g.3g.2g.2g Περιγραφή αστοχίας Αστοχία διατομής 3m κάτω από κεφαλή Ρηγμάτωση, σύνθλιψη σκυροδέματος, αποκάλυψη οπλισμού Οριζόντιες ρηγματώσεις Οριζόντιες ρηγματώσεις Αστοχία κεφαλής, Αποκάλυψη οπλισμού Αστοχία κεφαλής, Αποκάλυψη οπλισμού Απώλεια ΦΙ σε τριβή, Εξόλκευση πασσάλων Πιθανή αιτία αστοχιών Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Εδαφική ταλάντωση, μαλακά εδάφη Εδαφική ταλάντωση Εδαφική ταλάντωση/ Αδρανειακά φορτία Εδαφική ταλάντωση/ Αδρανειακά φορτία Εδαφική ταλάντωση/ Αδρανειακά φορτία Μόνιμη μετακ. κεφαλής πασσάλου (m).5 Μόνιμη μετακίνηση εδάφους (m)

27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 12 Πίνακας 2.1. Συνέχεια Σεισμός Loma Prieta, 1989 Railway bridge, Port- Liner Kobe, 1995 Railway bridge, JR- Tokaido Kobe, 1995 Railway bridge, Hankyu R. Kobe, 1995 Kobe line, Hanshin Expressway Kobe, 1995 Wangan line, Hanshin Expressway Kobe, 1995 Νο.5 Bay Route, Hanshin Expressway Kobe, 1995 Είδος πασσάλου Ο/Σ Ο/Σ Ο/Σ Ο/Σ Ο/Σ Ο/Σ Ο/Σ Τύπος ανωδομής Βάθρο γέφυρας Βάθρο γέφυρας Βάθρο γέφυρας Βάθρο γέφυρας Βάθρο γέφυρας Βάθρο γέφυρας Βάθρο γέφυρας D p (m) L p (m).38? ? Είδος εδάφους Μαλακά οργανικά εδάφη Άμμος (N spt =1-3) με ενδιάμεσες στρώσεις αργίλου (N spt =5-15) Ιλυώδης άμμος: N spt =5-1 (z<5) N spt =19-25(z>5) Άμμος (N spt =2-4) με ενδιάμεσες στρώσεις αργίλου 1.5m πάχους (N spt =5-15) Άμμος (N spt =2-4) με ενδιάμεσες στρώσεις αργίλου (N spt =5-15) Επιχωματώσεις -1m: N spt =3 Άργιλος 1-18m:N spt <5 Άμμος 18m- : N spt =15-5 Επιχωματώσεις -2m: N spt =15 Ιλύς - Ιλυώδης άμμος 2-27m:N spt <1 Χαλικώδης άμμος 27m- : N spt =2-5 Επιτάχυνση.2-.25g.83g Περιγραφή αστοχίας Σύνθλιψη σκυροδέματος Έντονη ρηγμάτωση σε διάφορες θέσεις.82g Χωρίς αστοχίες.81g.8g <.7g.33g Οριζόντιες ρηγματώσεις Αμελητέες καμπτικού τύπου ρηγματώσεις Έντονες οριζόντιες ρηγματώσεις Οριζόντιες και διαγώνιες ρηγματώσεις σε πυκνά διαστήματα κατά μήκος του πασσάλου Πιθανή αιτία αστοχιών Εδαφική ταλάντωση, Ρευστοποίηση Εδαφική ταλάντωση Εδαφική ταλάντωση Εδαφική ταλάντωση Εδαφική ταλάντωση Ρευστοποίηση, Εδαφική εξάπλωση Μόνιμη μετακ. κεφαλής πασσάλου (m) Μόνιμη μετακίνηση εδάφους (m).62 1

28 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 13 Πίνακας 2.1. Συνέχεια Σεισμός Port Island, Kobe 1995 Port Island, Kobe 1995 Port Island, Kobe 1995 Port Island, Kobe 1995 Building on Reclaimed land, Kobe 1995 Είδος πασσάλου Π/Σ Ο/Σ Π/Σ με μεταλλικό μανδύα στα πρώτα 8m Μεταλλικός πάσσαλος Π/Σ Τύπος ανωδομής 4όροφο κτίριο 2όροφο κτίριο 4όροφο κτίριο 2όροφο κτίριο 3όροφο κτίριο D p (m) L p (m) Είδος εδάφους Επιχωματώσεις -18m:N spt =1-4 Ιλύς 18-25m:N spt <5 Πυκνή άμμος 27m- : N spt =2-5 Επιχωματώσεις -16m:N spt =5-25 Ιλυώδης άργιλος 16-26m:N spt <5 Πυκνή άμμος 27m- : N spt =1-5 Επιχωματώσεις -16m:N spt =8-3 Ιλυώδης άργιλος 16-26m:N spt =5 Πυκνή άμμος 27m- : N spt =1-5 Επιχωματώσεις -15m:N spt =8-3 Ιλυώδης άργιλος 15-28m:N spt =5 Πυκνή άμμος 28m- : N spt =1-5 Επιχωματώσεις -9m:N spt =-15 Άργιλος 9-2m:N spt <4 Πυκνή άμμος 2m- : N spt =5-5 Επιτάχυνση.35g.35g Περιγραφή αστοχίας Αστοχία σύνδεσης στην κεφαλή του πασσάλου, Καμπτικές και διατμητικές ρωγμές Οριζόντιες ρηγματώσεις.35g Χωρίς αστοχίες.35g.42g Μόνιμη μετακίνηση Καμπτικού και διατμητικού τύπου ρηγματώσεις σε διάφορες θέσεις κατά μήκος Πιθανή αιτία αστοχιών Ρευστοποίηση, Εδαφική εξάπλωση Εδαφική ταλάντωση Εδαφική ταλάντωση Μόνιμη μετακ. κεφαλής πασσάλου (m) Μόνιμη μετακίνηση εδάφους (m)

29 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 14 Πίνακας 2.1. Συνέχεια Σεισμός Higaishinad - Ku, Kobe 1995 Higaishinad - Ku, Kobe 1995 Ashiyama, Kobe 1995 Ashiyama, Kobe 1995 Mikagehama Island, Kobe 1995 Είδος πασσάλου Π/Σ Π/Σ Π/Σ O/Σ O/Σ Τύπος ανωδομής 3όροφο κτίριο Δεξαμενή επεξεργασί ας λυμάτων Σχολικό κτίριο 4όροφο κτίριο Δεξαμενή πετρελαίου D p (m) L p (m) ? Είδος εδάφους Επιχωματώσεις -9m Επιχωματώσεις -1m:N spt =1 Άργιλος 1-18m:N spt =4 Πυκνή άμμος 18m- : N spt =24-4 Άμμος -15m:N spt =5-2 Άργιλος 15-2m:N spt <5 Χαλικώδης άμμος 2m- : N spt =2-5 Άμμος -1m:N spt =3-2 Ιλύς 1-13m:N spt =2-8 Άργιλος 13-18m : N spt =8 Άμμος 18m- : N spt =1-5 Επιχωματώσεις -14m:N spt <1 Άργιλος 14-18m:N spt <3 Άμμος 18m- : N spt =1-5 Επιτάχυνση -.39g.33g.33g.33g Περιγραφή αστοχίας Καμπτικές και διατμητικές ρωγμές Αστοχία κεφαλής Οριζόντιες ρηγματώσεις στην θέση της διεπιφάνειας Ρηγματώσεις στα 8m, Θραύση στα 16m Έντονες Οριζόντιες ρηγματώσεις Μικρές Οριζόντιες ρηγματώσεις κάτω από την πλάκα Πιθανή αιτία αστοχιών Ρευστοποίηση Εδαφική εξάπλωση Ρευστοποίηση Εδαφική εξάπλωση Ρευστοποίηση Εδαφική εξάπλωση Ρευστοποίηση Εδαφική εξάπλωση Ρευστοποίηση Εδαφική εξάπλωση Μόνιμη μετακ. κεφαλής πασσάλου (m).3 Μόνιμη μετακίνηση εδάφους (m)

30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 15 Πίνακας 2.1. Συνέχεια Σεισμός Mikagehama Island, Kobe 1995 Mikagehama Island, Kobe 1995 Fukuehama, Kobe 1995 Fukuehama, Kobe 1995 Fukuehama, Kobe 1995 Είδος πασσάλου Π/Σ, O/Σ Π/Σ υψηλής αντοχής Π/Σ υψηλής αντοχής με μεταλλικό μανδύα στα 6m Π/Σ Μεταλλικός σωλήνας Τύπος ανωδομής Δεξαμενή αποθήκευσης 4όροφο κτίριο 5όροφο κτίριο 3όροφο κτίριο 2όροφο κτίριο D p (m) L p (m) (9.5mm πάχος) 27 Είδος εδάφους Επιχωματώσεις -14m:N spt <1 Άργιλος 14-18m:N spt <3 Άμμος 18m- : N spt =1-5 Επιχωματώσεις -14m:N spt <1 Άργιλος 14-17m:N spt =5-1 Άμμος 17m- : N spt =1-5 Επιχωματώσεις -1m:N spt <1 Άργιλος 1-14m, 17-23m :N spt =5-1 Άμμος 14-17m:N spt =5 Επιχωματώσεις -12m:N spt =-2 Άργιλος 1-17m:N spt <5 Άμμος 17m-:N spt =4-5 Επιχωματώσεις -16m:N spt =3-22 Άργιλος 16-22m:N spt <5 Άμμος 22m- : N spt =2-5 Επιτάχυνση -.33g.33g.33g Περιγραφή αστοχίας Καθίζηση εδάφους, Στροφή δεξαμενής Οριζόντιες ρηγματώσεις στην κεφαλή και στην διεπιφάνεια επιχωματώσεων - αργίλου Ρηγματώσεις στα 8m (διεπιφάνεια) Οριζόντιες ρηγματώσεις στην κεφαλή και στην διεπιφάνεια επιχωματώσεων - αργίλου.33g Χωρίς αστοχία Πιθανή αιτία αστοχιών Ρευστοποίηση, Εδαφική εξάπλωση Εδαφική ταλάντωση Ρευστοποίηση ενδιαμέσου στρώματος άμμου Ρευστοποίηση, Εδαφική εξάπλωση Μόνιμη μετακ. κεφαλής πασσάλου (m).36 Μόνιμη μετακίνηση εδάφους (m).8 2

31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 16 Πίνακας 2.1. Συνέχεια Σεισμός Warehouse, Kobe 1995 Kanzaki river, Kobe 1995 Miyagiken - Oki 1978 Miyagiken - Oki 1978 Miyagiken - Oki 1978 Miyagiken - Oki 1978 Είδος πασσάλου Τύπος ανωδομής D p (m) L p (m) Π/Σ Αποθήκη.4 34 O/Σ Ανάχωμα.35 O/Σ O/Σ O/Σ O/Σ 2όροφο κτίριο 5όροφο κτίριο 12όροφο κτίριο 14όροφο κτίριο 7 (πάσσα λοι τριβής) Είδος εδάφους Επιχωματώσεις -14m:N spt =3-2 Άργιλος 14-25m:N spt =2 Άμμος 25-34m:N spt =5 Επιχωματώσεις -4m Ιλυώδης άμμος 4-8m Άμμος 8m- Επιτάχυνση.38g g g g g g Περιγραφή αστοχίας Οριζόντιες ρηγματώσεις Οριζόντιες ρηγματώσεις στην κεφαλή του πασσάλου Διατμητικού τύπου αστοχίες Αστοχία κεφαλής πασσάλου, αποκάλυψη οπλισμού Οριζόντιες ρωγμές στην περιφέρεια του πασσάλου Διαγώνιες ρωγμές Πιθανή αιτία αστοχιών Εδαφική ταλάντωση Εδαφική ταλάντωση Εδαφική ταλάντωση, Αδρανειακά φορτία Εδαφική ταλάντωση, Αδρανειακά φορτία Εδαφική ταλάντωση, Αδρανειακά φορτία Εδαφική ταλάντωση, Αδρανειακά φορτία Μόνιμη μετακ. κεφαλής πασσάλου (m) Πολύ μικρή Μόνιμη μετακίνηση εδάφους (m).38

32 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 17 Με βάση τις 42 περιπτώσεις αστοχιών πασσάλων λόγω σεισμικής διέγερσης που αναφέρονται στον Πίνακα 2.1 προκύπτει ότι η τελική σεισμική απόκριση των πασσάλων και κατά συνέπεια ο βαθμός αστοχίας αποτελεί απόρροια των συγκεκριμένων ιδιοτήτων του συστήματος εδάφους πασσαλοθεμελίωσης - ανωδομής και της συσχέτισής τους με τα χαρακτηριστικά της σεισμικής κίνησης στην οποία υποβάλλεται το σύστημα. Χαρακτηριστικά αναφέρονται οι περιπτώσεις 18 και 19 η σύγκριση των οποίων αποτυπώνει την επιρροή των ιδιοτήτων του πασσάλου στην διαφοροποίηση των παρατηρούμενων αστοχιών. Παρόλο που για τις συγκεκριμένες περιπτώσεις η εδαφική επιτάχυνση, το έδαφος θεμελίωσης και η ανωδομή ήταν κοινά, ο βαθμός αστοχίας διαφοροποιήθηκε σημαντικά. Αντίστοιχες παρατηρήσεις προκύπτουν και από την σύγκριση των περιπτώσεων 23 και 24 οι οποίες αναφέρονται σε κοινές ιδιότητες θεμελίωσης και εδάφους αλλά διαφορετικά δυναμικά χαρακτηριστικά ανωδομής (2όροφο και 4όροφο κτίριο αντίστοιχα). Βέβαια, όπως αναφέρεται και παρακάτω, στην διαφοροποίηση των παρατηρούμενων αστοχιών ανά περίπτωση θα πρέπει να συνεκτιμηθεί και το ποσοστό του υφιστάμενου εγκάρσιου και διαμήκους οπλισμού το οποίο ενδεχομένως να διαφοροποιείται στις διατομές των πασσάλων στις οποίες παρατηρήθηκαν οι αστοχίες Προσδιορισμός επιπέδου αστοχίας πασσάλων Οι περισσότερες περιπτώσεις του Πίνακα 2.1 αντιστοιχούν σε πασσάλους οπλισμένου ή προεντεταμένου σκυροδέματος ενώ λιγότερες είναι αυτές που αφορούν μεταλλικούς πασσάλους. Οι πάσσαλοι οπλισμένου σκυροδέματος χαρακτηρίζονται από την σταδιακή απώλεια λόγω ρηγμάτωσης της αντοχής και δυσκαμψίας τους κατά την διάρκεια της ανακυκλιζόμενης φόρτισης. Η ένταση και η έκταση των αστοχιών τόσο σε επίπεδο διατομής όσο και κατά μήκος του πασσάλου χαρακτηρίζει και την απομένουσα φέρουσα ικανότητα του μέλους προσδιορίζοντας και τον βαθμό ευστάθειας της υπερκείμενης κατασκευής. Σύμφωνα με τους Matsui and Oda 1996 και Okahara et al οι οποίοι εξέτασαν την κατανομή των αστοχιών σε πασσαλοθεμελιώσεις γεφυρών, οι αστοχίες πασσάλων είναι δυνατόν να κατηγοριοποιηθούν ως εξής: Σοβαρές (severe) : Έντονη ρηγμάτωση κατά μήκος του πασσάλου, αποφλοίωση διατομής, λυγισμός διαμήκων ράβδων, απώλεια συνέχειας πασσάλου. Οι αστοχίες αυτές συνήθως συνοδεύονται και από μόνιμη οριζόντια μετακίνηση ή καθίζηση της ανωδομής. Βαριές (heavy) : Εκτεταμένες καμπτικού τύπου ρηγματώσεις κατά μήκος του πασσάλου, αποφλοίωση διατομής κοντά στην κεφαλή του πασσάλου. Τέτοιου τύπου αστοχίες οφείλονται κυρίως σε μόνιμη οριζόντια μετακίνηση της κεφαλής του πασσάλου. ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ ΡΟΒΙΘΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 18 Ελαφριές (Light) : Μερικές ρηγματώσεις καμπτικού τύπου κοντά στην κεφαλή του πασσάλου ή σε άλλες θέσεις Χωρίς αστοχία (No damage) : Πάσσαλοι χωρίς εμφανείς αστοχίες ή αμελητέες καμπτικού τύπου ρηγματώσεις. Προφανώς όσο αυξάνεται το επίπεδο έντασης των αστοχιών τόσο μειώνεται η δυνατότητα παραλαβής κατακόρυφων και οριζόντιων φορτίων από τους πασσάλους. Εντούτοις η αστοχία μιας πασσαλοθεμελίωσης δεν σχετίζεται απαραίτητα και με το επίπεδο λειτουργικότητας της ανωδομής μετά τον σεισμό. Χαρακτηριστικά έχουν καταγραφεί περιπτώσεις κτιρίων θεμελιωμένων με πασσάλους, τα οποία κατά τον σεισμό της Niigata 1964 παρέμειναν ανέπαφα ενώ οι πάσσαλοι εμφάνισαν σημαντικού βαθμού αστοχίες. Παρόλα αυτά γίνεται κατανοητό ότι η μείωση της δυσκαμψίας και της αντοχής των πασσάλων λόγω εκτεταμένων ρηγματώσεων είναι δυνατόν να οδηγήσει σε μια τελείως διαφορετική συμπεριφορά του συστήματος σε ένα μελλοντικό σεισμικό γεγονός Θέσεις εμφάνισης αστοχιών κατά μήκος του πασσάλου Λαμβάνοντας υπόψη τις καταγεγραμμένες θέσεις εμφάνισης της πλειονότητας των παρατηρούμενων αστοχιών, προκύπτει ότι οι κρίσιμες διατομές κατά μήκος του πασσάλου είναι οι εξής (Σχήμα 2.2α): Η κεφαλή του πασσάλου (Θέση 1). Οι θέσεις διεπιφάνειας μεταξύ ρευστοποιήσιμου και επιφανειακού μη ρευστοποιήσιμου εδαφικού στρώματος (Θέση 2). Εντός του ρευστοποιήσιμου ή πολύ μαλακού στρώματος (Θέση 3) όπου αναμένεται να αναπτυχθούν επίσης σημαντικές ροπές μικρότερου όμως μεγέθους σε σχέση με την κεφαλή του πασσάλου. Στις θέσεις διεπιφάνειας έντονης σχετικής δυστμησίας μεταξύ μαλακών και σκληρών εδαφικών στρώσεων (Θέση 4). Σε διατομές μειωμένου ποσοστού διαμήκους και εγκάρσιου οπλισμού (Matsui and Oda 1996) Από τα παραπάνω εξάγεται το συμπέρασμα ότι πέρα από την κεφαλή του πασσάλου, τα εντατικά μεγέθη της οποίας οφείλονται κυρίως στα φορτία που μεταφέρονται στην θεμελίωση από την αδρανειακή ταλάντωση της ανωδομής, αστοχίες παρατηρούνται και σε πρόσθετες διατομές κατά μήκος των πασσάλων και ιδιαίτερα σε θέσεις διεπιφανειών μεταξύ διαδοχικών στρώσεων έντονης σχετικής δυστμησίας, όπου πλέον η κινηματικού τύπου φόρτιση που επιπονεί τους πασσάλους κατά την διάδοση των σεισμικών κυμάτων παίζει καθοριστικό ρόλο στην αναπτυσσόμενη ένταση (Tazoh et al. 1987, Nikolaou et al. 21). Οι διεπιφάνειες αυτές είτε προϋπάρχουν σε περιπτώσεις όπου το έδαφος

34 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Σεισμική απόκριση πασσαλοθεμελιώσεων με βάση ιστορικά περιστατικά 19 (α) (β) Σχήμα 2.2. α) Θέσεις κατά μήκος του πασσάλου εμφάνισης αστοχιών λόγω σεισμού (Bodet et al. 21) β) Τυπικές μορφές αστοχίας πασάλων λόγω πλευρικής εξάπλωσης εδάφους (Tokimatsu 1999) θεμελίωσης χαρακτηρίζεται από ενδιάμεσες πολύ μαλακές (μη ρευστοποιήσιμες) εδαφικές στρώσεις είτε προκύπτουν σε περιπτώσεις όπου λόγω εμφάνισης φαινομένων ρευστοποίησης, μειώνεται σημαντικά η δυστμησία των εδαφικών (ρευστοποιήσιμων) σχηματισμών. Στην περίπτωση αυτή οι αστοχίες εμφανίζονται κυρίως στα όρια του ρευστοποιήσιμου εδαφικού στρώματος (Σχήμα 2.2β, Tokimatsu 1999). Η αστοχία των πασσάλων στις θέσεις διεπιφάνειας μεταξύ ρευστοποιήσιμων και μη ρευστοποιήσιμων ή μεταξύ μαλακών και σκληρών εδαφικών στρώσεων παρατηρήθηκε εκτενώς κατά τον σεισμό του Kobe 1995 (Tokimatsu et al. 1996, Fujii et al. 1998, Nakayama et al. 1998) και τον σεισμό της Niigata 1964 (Mizuno 1987, Tazoh et al. 1987). Η διαφορά δυστμησίας μεταξύ διαδοχικών εδαφικών στρώσεων επηρεάζει σημαντικά την κατανομή των παραμορφώσεων κατά μήκος του πασσάλου, προκαλώντας έντονη διαφοροποίηση της εδαφικής διατμητικής παραμόρφωσης στην θέση της διεπιφάνειας και επιβάλλοντας με αυτόν τον τρόπο μεγάλη καμπυλότητα στον πάσσαλο. Επίσης σημαντικού μεγέθους ροπές είναι δυνατόν να εμφανιστούν και εντός του μαλακού ή ρευστοποιήσιμου εδαφικού στρώματος οι οποίες σε συνδυασμό με την ανακατανομή της έντασης μετά την δημιουργία πλαστικής άρθρωσης στην κεφαλή του πασσάλου μπορεί να οδηγήσει σε επιπλέον ρηγματώσεις και εμφάνιση αστοχιών στην θέση αυτή Συσχέτιση μηχανισμού σεισμικής φόρτισης πασσάλων με την θέση εμφάνισης και τον βαθμό των αστοχιών. Από την επεξεργασία των καταγεγραμμένων περιπτώσεων αστοχίας πασσάλων που δίνονται στον Πίνακα 2.1, πραγματοποιήθηκε στην συνέχεια μια ομαδοποίηση των δεδομένων θέτοντας ως βασικούς στόχους: