8.4.2 Ρευστοποίηση (ΙΙ)

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "8.4.2 Ρευστοποίηση (ΙΙ)"

Πηρω Γκόφας
8 χρόνια πριν
Προβολές:

Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης 8.

1 Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης Ρευστοποίηση (ΙΙ) Γεώργιος Μυλωνάκης Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών Θεοδώρα Τίκα Καθηγήτρια, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Α.Π.Θ.

2 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΥΘΜΕΝΑ Ρευστοποίηση στον πυθμένα μπορεί να προκληθεί από: Κυματισμό (Wave-Induced Liquefaction) Σεισμό (Earthquake-Induced Liquefaction) Άλλο μηχανισμό (κατολίσθηση, έκρηξη ) 2

3 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΥΘΜΕΝΑ Επίπλευση αγωγού λόγω ρευστοποίησης (Damgaard et al. 2006) 3

4 ΠΙΘΑΝΕΣ ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Επίπλευση αγωγού Βύθιση αγωγού Βύθιση του περιβάλλοντος εδάφους του αγωγού Μετακίνηση του αγωγού Από Damgaard et al

5 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΣΕΙΣΜΟΥ Κατά τη διάρκεια του σεισμού, το έδαφος υπόκειται σε ισχυρές κυκλικές επιταχύνσεις, a(t) Η εξίσωση κίνησης για μια στήλη εδάφους (στην απλούστερη μορφή της) είναι: 1 t t za t g 5

6 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Η κυκλική επιτάχυνση συνεπάγεται κυκλική διάτμηση του εδάφους Οι εδαφικοί κόκκοι αναδιατάσσονται Αυξάνεται η πίεση του νερού των πόρων Όταν η πίεση του νερού των πόρων ξεπεράσει την τάση των υπερκείμενων εδαφών ημιουργείται ροή Το έδαφος αρχίζει να συμπεριφέρεται σαν ρευστό 6

7 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Ρευστοποίηση λόγω κυματισμού προκαλείται μέσω δύο διαφορετικών μηχανισμών: Αύξηση πίεσης πόρων (παραμένουσα) Ανοδική κατακόρυφη μεταβολή πίεσης στο έδαφος λόγω κοιλίας κύματος (παροδική) 7

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Το Σχήμα (b) είναι ένα στιγμιότυπο Το έδαφος συμπιέζεται λόγω κορυφής κύματος ενώ εφελκύεται λόγω κοιλίας κύματος Αυτό προκαλεί διατμητική

8 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Το Σχήμα (b) είναι ένα στιγμιότυπο Το έδαφος συμπιέζεται λόγω κορυφής κύματος ενώ εφελκύεται λόγω κοιλίας κύματος Αυτό προκαλεί διατμητική παραμόρφωση/διατμητικές τάσεις στο έδαφος Οι διατμητικές τάσεις θα μεταβάλλονται περιοδικά καθώς το κύμα ταξιδεύει Το έδαφος υπόκειται σε κυκλική διάτμηση ακριβώς όπως στην περίπτωση του σεισμού!!! 8

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Η διαδικασία της ρευστοποίησης ακολουθείται από το στάδιο της συμπύκνωσης Οι κόκκοι του εδάφους στο ρευστοποιημένο

9 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ Η διαδικασία της ρευστοποίησης ακολουθείται από το στάδιο της συμπύκνωσης Οι κόκκοι του εδάφους στο ρευστοποιημένο στρώμα αρχίζουν να καθιζάνουν ενώ παράλληλα η πίεση του νερού των πόρων εκτονώνεται Με αποτέλεσμα η επιφάνεια του εδάφους να υπόκειται καθίζηση 9

10 ΠΕΡΙΟ ΟΣ ΚΑΙ ΕΝΤΑΣΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΚΙΝΗΣΗΣ Lima, 1966 El Centro, 1940 Mexico City, 1985 Parkfield, 1966 Μέγιστη περίοδος συνήθως μια τάξη μεγέθους μικρότερη αυτής της περιόδου κύματος Εξαιτίας των μικρών περιόδων η πίεση του νερού των πόρων αναπτύσσεται πιο γρήγορα απ ότι στη ρευστοποίηση λόγω κυματισμού 10

11 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Υπολογισμός της πίεσης του νερού των πόρων (Seed & Rahman, 1978) Βασική εξίσωση (Νόμος Darcy): k u z u u g m z w z t t όπου Ογκομετρική παραμόρφωση u = η υδροστατική πίεση k z = συντελεστής διαπερατότητας κατά την κατακόρυφη διεύθυνση γ w = ειδικό βάρος νερού m v = συντελεστής συμπιεστότητας όγκου 11

12 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Ρυθμός ανάπτυξης πίεσης του νερού των πόρων ug N o eq t TD Nl sin 2 ru cos 2 ru όπου σ' vo = αρχική ενεργός τάση Θ = εμπειρικός συντελεστής (για άμμους 0.7) Ν eq = αριθμός ισοδύναμων κύκλων τάσης που συμβαίνουν σε χρόνο T D = αριθμός απαιτούμενων κύκλων για την έναρξη ρευστοποίησης Ν l r u = λόγος πίεσης του νερού των πόρων u / σ' vo 12

13 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Ρυθμός ανάπτυξης πίεσης του νερού των πόρων N = αριθμός κύκλων τάσης 13

14 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Συνοριακές συνθήκες: u = 0 για z = 0 (στο επίπεδο του πυθμένα) και u/ z για z = Z (πάχος της ρευστοποιήσιμης στρώσης) 14

15 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Επιρροή ποσοστού αργίλου (Kirca et al., 2014) Αποτελέσματα πειράματος Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν για μίγματα άμμου-αργίλου, όπου χρησιμοποιήθηκαν 3 τύποι άμμου με d 50 = 0.17, 0.4, 0.9 mm. Η επιρροή της αργίλου κρίθηκε σημαντική για την ρευστοποίηση του εδάφους σε αντίθεση με ό,τι ίσχυε μέχρι σήμερα Ο ρυθμός ανάπτυξης υπερπίεσης πόρων αυξάνεται με την αύξηση του ποσοστού της αργίλου για ποσοστό έως και 30%, πέρα από το οποίο το έδαφος δεν ρευστοποιείται Το ποσοστό αυτό εξαρτάται από την ποιότητα της αργίλου Όταν προστίθεται άργιλος η διάρκεια κατά την οποία το έδαφος παραμένει σε κατάσταση ρευστοποίησης επιμηκύνεται 15

16 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ Απαιτούμενος αριθμός κυμάτων για να μεγιστοποιηθεί η πίεση (Kirca et al., 2014) Blue clay Ύψος κύματος Η=18.3 cm Περίοδος Τ=1.6s Βάθος εδάφους z=39 cm 16

17 ΡΕΥΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΛΟΓΩ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΥ ιάρκεια στην οποία το έδαφος παραμένει σε ρευστοποιήσιμη κατάσταση(kirca et al., 2014) Blue clay Ύψος κύματος Η=18.3 cm Περίοδος Τ=1.6s Βάθος εδάφους z=39 cm 17

18 ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΝΑΝΤΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΓΩΓΟΥ 1. Υπολογισμός συντελεστή ασφάλειας FS για τη δύναμη άνωσης FS F F F F B f P D F b όπου F b = δύναμη «εξόλκευσης» F B = βάρος υπερκείμενου εδάφους F f = δύναμη τριβής περιμετρικά του αγωγού F P = βάρος αγωγού F D = οπισθέλκουσα δύναμη ρευστού 18

19 ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΝΑΝΤΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΓΩΓΟΥ 2. Υπολογισμός συντελεστή ασφάλειας FS L έναντι ρευστοποίησης (Seed et al. 1985) CSR FS L L CSR 0.65 a max CSR d g 3. Έλεγχος για δυνατότητα ρευστοποίησης από 0-20m PL (Iwasaki et al. 1982) 20 0 F z W z dz z = το μέσο του στρώματος 0-20m W(z) = συντελεστής βαρύτητας (εξαρτώμενος από το βάθος) F(z) = παράγοντας επικυνδινότητας (εξαρτώμενος από το FS) 19

20 ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΝΑΝΤΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΓΩΓΟΥ 4. Προσδιορισμός εδαφικών καθιζήσεων μετά το πέρας της ρευστοποίησης Εμπειρική καμπύλη (Tokimatsu & Seed, 1987) 5. Υπολογισμός συντελεστή αντίδρασης υπεδάφους κάτω από τον αγωγό (CCHES, 1983) 1 B k a 25Neq N eq 3N 2N N /4 α = 1.3 Β v = 2Β, βάθος επιρροής Β = διάμετρος αγωγού Τιμές SPT Ν 1 για βάθος κάτω από τον αγωγό Β Ν 2 για Β Ν 3 για Β 20

21 ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΝΑΝΤΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΓΩΓΟΥ 6. Προσδιορισμός εξωτερικού φορτίου στον αγωγό (Iimura, 2004) P kb όπου k= συντελεστής αντίδρασης του εδάφους Β = εξωτερική διάμετρος αγωγού δ = επιφανειακή καθίζηση εδάφους 21

22 ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΣ ΕΝΑΝΤΙ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΓΩΓΟΥ 7. Προσδιορισμός μετακίνησης, διατμητικής τάσης και καμπτικής ροπής στον αγωγό (Hetenyi, 1946) Winkler elastic foundation P z y e sin z cos z 2kb P z M e cos z sin z 4 όπου 4 kb /4EI Παράμετρος Winkler, ΕΙ = ακαμψία αγωγού 22

23 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΟΥΣ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ 1. Μείωση της διατμητικής παραμόρφωσης 2. Αύξηση της πυκνότητας του εδάφους 3. ιευκόλυνση της ταχείας εκτόνωσης της πίεσης του νερού των πόρων ΜΕΘΟ ΟΙ 1. ιαφραγματικοί τοίχοι & Βαθιά εδαφική ανάμιξη 2. Επιφανειακή συμπύκνωση, βαθιά δονητική συμπύκνωση 3. Χαλικοπάσσαλοι - στραγγιστήρια 23

24 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΟΥΣ ιαφραγματικός τοίχος 24

25 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΟΥΣ Βαθιά εδαφική ανάμιξη 25

26 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΟΥΣ Επιφανειακή συμπύκνωση 26

27 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΟΥΣ Βαθιά δονητική συμπύκνωση 27

28 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΟΥΣ Βαθιά δονητική συμπύκνωση για θαλάσσιο έργο 28

29 ΣΥΝΗΘΕΙΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ Ε ΑΦΟΥΣ Χαλικοπάσσαλοι - Στραγγιστήρια 29

30 30

Σχετικά έγγραφα

Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 1. Nigata Καθίζηση και κλίση κατασκευών

Γεωτεχνική Έρευνα Μέρος 1. Nigata Καθίζηση και κλίση κατασκευών Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευση και ια Βίου Μάθηση Πρόγραμμα ια Βίου Μάθησης ΑΕΙ για την Επικαιροποίηση Γνώσεων Αποφοίτων ΑΕΙ: Σύγχρονες Εξελίξεις στις Θαλάσσιες Κατασκευές Α.Π.Θ. Πολυτεχνείο Κρήτης