Ιωάννης Φ. ΜΟΣΧΟΝΑΣ 1, Ανδρέας Ι. ΚΑΠΠΟΣ 2. Λέξεις κλειδιά: Εμπειρικές μέθοδοι αποτίμησης, Σεισμική τρωτότητα, Γέφυρες

Transcript

1 Εμπειρική αποτίμηση της τρωτότητας γεφυρών μέσω ερωτηματολογίου και εφαρμογή σε γέφυρες της Εγνατίας Empirical assessment of bridge vulnerability using rating methods and application to selected Egnatia bridges Ιωάννης Φ. ΜΟΣΧΟΝΑΣ 1, Ανδρέας Ι. ΚΑΠΠΟΣ 2 Λέξεις κλειδιά: Εμπειρικές μέθοδοι αποτίμησης, Σεισμική τρωτότητα, Γέφυρες ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Με αφετηρία την μεθοδολογία του ΟΑΣΠ, στην παρούσα εργασία προτείνεται ένα νέο βελτιωμένο ερωτηματολόγιο για την ταχεία εμπειρική αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας και διακινδύνευσης των γεφυρών. Κύριο χαρακτηριστικό του νέου ερωτηματολογίου είναι ο σαφής τρόπος διαχωρισμού των παραμέτρων τρωτότητας, σπουδαιότητας και σεισμικής επικινδυνότητας, και υλοποιήθηκε με την πρόσθεση ή αφαίρεση διαφόρων παραμέτρων και την αναδιάρθρωσή τους σε σαφείς κατηγορίες. Το νέο ερωτηματολόγιο εφαρμόστηκε σε 21 τυπικές γέφυρες της Εγνατίας Οδού και υπολογίστηκαν οι αντίστοιχες βαθμολογίες, οι οποίες συσχετίστηκαν με τις καμπύλες τρωτότητας που προέκυψαν σε προηγούμενη εργασία των συγγραφέων στο πλαίσιο της τεκμηρίωσης της μεθοδολογίας του ερωτηματολογίου. Από την εφαρμογή προέκυψε αφενός ότι οι εν λόγω γέφυρες δεν χρήζουν λεπτομερέστερου ελέγχου της διακινδύνευσης τους και αφετέρου η έντονη διαφοροποίηση των αποτελεσμάτων, ιδίως όταν ληφθεί υπόψη η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών. ABSTRACT : Using the EPPO methodology as a starting point, an improved bridge seismic inventory data form is proposed in the present study for the empirical assessment of bridge vulnerability and risk. Various parameters were added, removed, and reassigned into concise categories so as to establish a clear separation between vulnerability, importance, and seismic hazard parameters. This constitutes the main feature of the proposed seismic inventory data form. The new inventory data form is then used for the assessment of 21 bridges along Egnatia motorway; the resulting scores were then correlated with the corresponding fragility curves derived in a previous study by the authors. It was found that a more detailed seismic risk assessment for the examined bridges is not necessary, and also that the results of the assessment vary substantially, especially when the effect of local soil conditions is taken into account. 1 Πολιτικός Μηχανικός, ΜΔΕ, Υποψήφιος Διδάκτορας, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, imoschon@civil.auth.gr 2 Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, ajkap@civil.auth.gr 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η εμπειρική μέθοδος με τη χρήση ερωτηματολογίου αποτελεί την μόνη διεθνώς χρησιμοποιούμενη διαδικασία για την ταχεία αποτίμηση της τρωτότητας ή και της διακινδύνευσης των γεφυρών, με την οποία μπορούν να αντιμετωπιστούν μεγάλα αποθέματα υφισταμένων γεφυρών. Η διεθνής βιβλιογραφία έχει να παρουσιάσει σημαντικό αριθμό αντίστοιχων μεθοδολογιών, οι κυριότερες εκ των οποίων είναι οι αμερικανικές μέθοδοι του WSDOT (Babaei & Hawkins, 1991), των Pezeshk et al. (1993), του Kim (1993), και της FHWA (Buckle & Friedland, 1995), και η ιαπωνική μέθοδος των Kawashima & Unjoh (1990). Σε ό,τι αφορά τα ελληνικά δεδομένα η αντίστοιχη μεθοδολογία που εφαρμόζεται έχει προταθεί από τον ΟΑΣΠ (2002). Μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή των κυριότερων μεθόδων της διεθνούς βιβλιογραφίας, καθώς και της μεθόδου του ΟΑΣΠ σε γέφυρες της περιοχής της Θεσσαλονίκης παρουσιάστηκε από τους Αργυρούδη και συν. (2006). Με αφετηρία την μέθοδο του ΟΑΣΠ, στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος ΑΣΠροΓε (Αντισεισμική Προστασία Γεφυρών) αναπτύχθηκε από τους συγγραφείς ένα νέο βελτιωμένο ερωτηματολόγιο με γνώμονα την σχετική απλότητά του ώστε να είναι εφικτή η συμπλήρωσή του από έναν μέσο μηχανικό εντός εύλογου χρόνου, και η σαφήνεια της εικόνας της τρωτότητας ή/και της διακινδύνευσης που προκύπτει από αυτό. Ως εκ τούτου, οι πραγματοποιηθείσες τροποποιήσεις αφορούσαν την πρόσθεση ή αφαίρεση διαφόρων παραμέτρων, καθώς και την αναδιάρθρωσή τους σε κατηγορίες ώστε να διαχωρίζονται με σαφή τρόπο οι παράμετροι τρωτότητας, σπουδαιότητας, και σεισμικής επικινδυνότητας οι οποίες συνδυαζόμενες καταλλήλως δίνουν την τελική διακινδύνευση. Επιπλέον, καταρτίστηκε ένα νέο έντυπο οδηγιών, όπου δίνονται αναλυτικές οδηγίες για τη συμπλήρωση του ερωτηματολογίου. Ακολούθως η εν λόγω πρόταση εφαρμόστηκε σε 21 αντιπροσωπευτικές γέφυρες της Εγνατίας Οδού, οι οποίες επιλέχθηκαν με βάση το σύστημα ταξινόμησης ελληνικών γεφυρών που προτάθηκε από τους συγγραφείς (Moschonas et al., 2009). Ο υπολογισμός της βαθμολογίας των γεφυρών, δηλαδή του δείκτη σεισμικής διακινδύνευσης Τ, έγινε με βάση τη μεθοδολογία του ΟΑΣΠ (2002) συναρτήσει των δεικτών δομικής τρωτότητας Δ, σπουδαιότητας Σ και σεισμικής επικινδυνότητας Ε, η οποία όμως εμφανίζει το μειονέκτημα του συνυπολογισμού της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης στον υπολογισμό του δείκτη δομικής τρωτότητας. Οι προκύπτουσες βαθμολογίες συσχετίστηκαν με τις αντίστοιχες αναλυτικές καμπύλες τρωτότητας για καθεμιά από τις 11 κατηγορίες γεφυρών (Moschonas et al., 2009). Ενγένει η βαθμολογία μίας γέφυρας συσχετίζεται με την καμπύλη τρωτότητας που αντιστοιχεί στην τελευταία στάθμη βλάβης («Αστοχία»). Αντ αυτού στην παρούσα εργασία έγινε μία πρώτη ποιοτικού χαρακτήρα σύγκριση για να διερευνηθεί κατά πόσο η προτεινόμενη από τον ΟΑΣΠ διαδικασία υπολογισμού της βαθμολογίας δίνει μία σαφή εικόνα της τρωτότητας μίας γέφυρας. Για το σκοπό αυτόν χρησιμοποιήθηκαν οι μέσες τιμές κατωφλίου για την τελευταία στάθμη βλάβης (Αστοχία), οι πιθανότητες υπέρβασης που προέκυψαν για το σεισμό σχεδιασμού τόσο για το φάσμα του ΕΑΚ όσο και για το μέσο φάσμα 71 ελληνικών καταγραφών (Karakostas et al., 2007), και οι δείκτες (βαθμολογίες) σεισμικής διακινδύνευσης Τ. 2

3 ΠΡΟΤΑΣΗ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟΥ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΛΛΗΝΙΚΕΣ ΓΕΦΥΡΕΣ Το προτεινόμενο ερωτηματολόγιο (Σχήμα 1) αποτελεί, όπως προαναφέρθηκε, βελτίωση του αντίστοιχου ερωτηματολογίου του ΟΑΣΠ (2002). Έτσι, έχοντας κατά νου ότι το ερωτηματολόγιο πρέπει αφενός να είναι σχετικά απλό, και αφετέρου να είναι σχετικά λεπτομερές ώστε να προκύπτει μία σαφής εικόνα για την τρωτότητα της γέφυρας πραγματοποιήθηκαν οι παρακάτω τροποποιήσεις: Αναδιάρθρωση των διαφόρων παραμέτρων του αρχικού ερωτηματολογίου του ΟΑΣΠ και ταξινόμησή τους σε κατηγορίες, ώστε να διαχωριστούν με σαφή τρόπο οι παράμετροι δομικής τρωτότητας, σπουδαιότητας, και σεισμικής επικινδυνότητας προσθήκη της παραμέτρου «διατάξεις πρόσθετης απόσβεσης», ώστε να καταστεί δυνατή η εφαρμογή του ερωτηματολογίου και σε όποιες σύγχρονες γέφυρες έχει προβλεφθεί η τοποθέτηση τέτοιου είδους διατάξεων (π.χ. μεταλλικοί υστερητικοί αποσβεστήρες, υδραυλικοί ιξώδεις αποσβεστήρες, διαμήκεις αποσβεστήρες από ελαστομερές κ.ά.) προσθήκη της παραμέτρου «Έτος μελέτης», ώστε να είναι δυνατός ο προσδιορισμός των κανονισμών βάσει των οποίων μελετήθηκε η εν λόγω γέφυρα προσθήκη των παραμέτρων «κατάσταση σκυροδέματος» και «κατάσταση επικάλυψης οπλισμών» με στόχο την πληρέστερη αποτύπωση της γενικής κατάστασης της γέφυρας αφαίρεση της παραμέτρου «τήρηση των κατασκευαστικών διατάξεων», δεδομένου ότι είναι πρακτικά αδύνατο να διαπιστωθεί σε επίπεδο ταχέος οπτικού ελέγχου (ενώ δεν έχει και νόημα για τις σύγχρονες γέφυρες της Εγνατίας που ήταν το αντικείμενο του προγράμματος ΑΣΠροΓε) αφαίρεση της παραμέτρου «συνθήκη στήριξης στη βάση των μεσοβάθρων», τη στιγμή που σε όλες τις (σύγχρονες ελληνικές) γέφυρες τα μεσόβαθρα συνδέονται μονολιθικά με τη θεμελίωσή τους αφαίρεση της παραμέτρου «πραγματικές διαστάσεις έδρασης» των εφεδράνων, εφόσον δεν συνεισφέρει ουσιωδώς στον υπολογισμό της βαθμολογίας της γέφυρας διαχωρισμός της παραμέτρου «συνθήκες εγκάρσιας στήριξης» στην περίπτωση σύνδεσης μέσω εφεδράνων σε ακρόβαθρα και μεσόβαθρα, ώστε να καταστεί δυνατή μία σαφής αποτύπωση της ελεύθερης ή δεσμευμένης εγκάρσιας μετακίνησης του καταστρώματος στις εν λόγω περιπτώσεις. Το προτεινόμενο ερωτηματολόγιο συνοδεύεται από ξεχωριστό έντυπο με σαφείς οδηγίες συμπλήρωσης (Σχήμα 2). Η αρίθμηση των παραμέτρων και η ταξινόμησή τους σε κατηγορίες (γενικά, δομική τρωτότητα, σπουδαιότητα, και σεισμική επικινδυνότητα) είναι ίδια με αυτήν του εντύπου οδηγιών και ακολουθεί την αρίθμηση των παραμέτρων του ερωτηματολογίου. 3

4 Σχήμα 1α. Προτεινόμενο ερωτηματολόγιο (φύλλο 1) 4

5 Σχήμα 1β. Προτεινόμενο ερωτηματολόγιο (φύλλο 2) 5

6 Σχήμα 2. Έντυπο οδηγιών (φύλλο 1 από 6 συνολικώς) 6

7 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟΥ ΣΕ ΤΥΠΙΚΕΣ ΓΕΦΥΡΕΣ ΤΗΣ ΕΓΝΑΤΙΑΣ Επιλογή γεφυρών διαδικασία συμπλήρωσης Η επιλογή των γεφυρών καταμήκος της Εγνατίας Οδού για την εφαρμογή του ερωτηματολογίου έγινε με βάση το σύστημα ταξινόμησης ελληνικών γεφυρών (Moschonas et al., 2009). Συγκεκριμένα, επιλέχθηκαν δύο γέφυρες από κάθε κατηγορία, η μία εκ των οποίων είναι αυτή για την οποία εξήχθησαν καμπύλες τρωτότητας με βάση την μεθοδολογία που περιγράφεται στην εργασία των Moschonas et al. (2009), πλην της κατηγορίας 422 δεδομένου ότι οι υπόλοιπες γέφυρες της εν λόγω κατηγορίας ήταν ακόμη σε στάδιο κατασκευής (όταν εκπονείτο το παρόν έργο). Έτσι, προέκυψαν συνολικά 21 γέφυρες οι οποίες παρατίθενται στον Πίνακα 1. Για την συμπλήρωση των ερωτηματολογίων χρησιμοποιήθηκαν οι μελέτες των γεφυρών (αρχείο Εγνατίας Οδού Α.Ε.) σε συνδυασμό με την βάση δεδομένων, που αναπτύχθηκε επίσης στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος ΑΣΠροΓε και προέκυψε από επιτόπου έλεγχο των γεφυρών. Πίνακας 1. Γέφυρες που επελέγησαν για την εφαρμογή του ερωτηματολογίου. Κατηγορία Βάθρα Κατάστρωμα Σύνδεση Όνομα Μονόστυλα Άνω διάβαση Πεδινής, Τμ κυκλικά Διατομή Άνω διάβαση Χ.Θ πλάκας με ή Άνω διάβαση Τ2 κόμβ. Σιάτιστας 311 Πολύστυλα χωρίς διάκενα Άνω διάβαση Χ.Θ Μονόστυλα Άνω διάβαση Τ7, Τμ κυκλικά Μονολιθική Άνω διάβαση Τ6, Τμ Μονόστυλα Γέφυρα Γ11, Δεξ. κλ., Τμ κοίλα Μονοκυψελική ορθογωνικά Γέφυρα Γ10, Δεξ. κλ., Τμ Τοιχωματικά κιβωτιοειδής Γέφυρα Γ9, Τμ. 5.1 διατομή Γέφυρα Γ1, Τμ Μονόστυλα Γέφυρα Ειρήνης κυκλικά Γέφυρα Τρελοχειμάρου 422 Τοιχωματικά Γέφυρα ποταμού Λίσσου 2η χαραδρογέφυρα Καβάλας 232 Μονόστυλα κοίλα ορθογωνικά 332 Πολύστυλα 432 Τοιχωματικά 223 Μονόστυλα κοίλα ορθογωνικά Προκατασκευασμένες δοκοί με συνεχή πλάκα σκυροδετούμενη επιτόπου Μονοκυψελική κιβωτιοειδής διατομή Μέσω εφεδράνων (με ή χωρίς σεισμική μόνωση) Μονολιθικές συνδέσεις + εφέδρανα Γέφυρα Τ6, Τμ Γέφυρα Γ2, Τμ Γέφυρα Τ7, Τμ. 9.2 Γέφυρα ποταμού Κόσσυνθου Γέφυρα Κομψάτου Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής Γέφυρα Γ10, Αριστ. κλ., Τμ

8 Σύνοψη αποτελεσμάτων ερωτηματολογίων Με βάση τα συμπληρωμένα ερωτηματολόγια υπολογίστηκαν οι δείκτες σεισμικής διακινδύνευσης Τ (βαθμολογίες), για καθεμιά από τις 21 γέφυρες με βάση την μεθοδολογία του ΟΑΣΠ (2002), κατά την οποία, όπως έχει ήδη αναφερθεί, συνεκτιμάται (κακώς) η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση στον υπολογισμό του δείκτη δομικής τρωτότητας Δ. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν για τις γέφυρες που επιλέχθηκαν δίνονται στον Πίνακα 2. Με βάση τους πίνακες αυτούς και δεδομένου ότι οι βαθμολογίες λαμβάνουν τιμές από 0 έως και 100, διαπιστώνεται ότι όλες οι γέφυρες συγκεντρώνουν χαμηλές βαθμολογίες (Δ<5 και 0 Τ<<100) και ως εκ τούτου δεν απαιτείται λεπτομερέστερος έλεγχος της τρωτότητάς τους, γεγονός αναμενόμενο εφόσον πρόκειται για γέφυρες που έχουν κατασκευαστεί πρόσφατα και κατά συνέπεια έχουν σχεδιαστεί με σύγχρονους κανονισμούς. Πίνακας 2. Αποτελέσματα υπολογισμού δεικτών σεισμικής διακινδύνευσης (ταξινόμηση κατά αύξουσα σειρά βαθμολογίας) Κατηγορία γέφυρας Ονομασία γέφυρας ΣΚ Δ Σ Ε Τ 122 Γέφυρα Ειρήνης (1) Γέφυρα Τρελοχειμάρου (2) Άνω διάβαση Τ6, Τμ (2) Γέφυρα ποταμού Κόσσυνθου (2) Άνω διάβαση Χ.Θ (2) Άνω διάβαση Τ2 κόμβ. Σιάτιστας (2) Άνω διάβαση Χ.Θ (2) Άνω διάβαση Τ7, Τμ (2) Γέφυρα Γ11, Δεξ. κλ., Τμ. 5.1 (3) Γέφυρα Γ10, Δεξ. κλ., Τμ. 5.1 (3) Γέφυρα Γ10, Αριστ. Κλ., Τμ. 5.1 (3) Γέφυρα Γ9, Τμ. 5.1 (3) Γέφυρα ποταμού Λίσσου (2) Γέφυρα Κομψάτου (2) Γέφυρα Τ6, Τμ (3) Γέφυρα Γ1, Τμ. 5.2 (3) Άνω διάβαση Πεδινής, Τμ (2) Γέφυρα Γ2, Τμ (3) η χαραδρογέφυρα Καβάλας (3) Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής (3) Γέφυρα Τ7, Τμ. 9.2 (3) όπου: ΣΚ = Σεισμική κατηγορία γέφυρας Δ = Δείκτης δομικής τρωτότητας, Σ = Δείκτης σπουδαιότητας, Ε = Δείκτης σεισμικής επικινδυνότητας, Τ = Δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης 8

9 Αναφορικά με τη διακύμανση των βαθμολογιών με βάση τον Πίνακα 2 διαπιστώνεται ότι η αύξηση της τιμής του δείκτη σεισμικής διακινδύνευσης Τ οφείλεται κατά κύριο λόγο στην αύξηση των δεικτών δομικής τρωτότητας Δ και σεισμικής επικινδυνότητας Ε, με εξαίρεση την 2 η χαραδρογέφυρα της Καβάλας, όπου η αύξηση του δείκτη σεισμικής διακινδύνευσης οφείλεται κυρίως στην αντίστοιχη αύξηση του δείκτη σπουδαιότητας Σ. Ο δείκτης σεισμικής επικινδυνότητας εξαρτάται άμεσα από την μέγιστη εδαφική επιτάχυνση και από τον τύπο του εδάφους θεμελίωσης. Οι ίδιες παράμετροι υπεισέρχονται, εσφαλμένα, και στον υπολογισμό του δείκτη δομικής τρωτότητας με αποτέλεσμα να αποτελεί τελικά την κύρια αιτία της αύξησης της βαθμολογίας (βλ. Πίνακα 2). Ωστόσο, το εν λόγω μειονέκτημα δεν φαίνεται να επηρεάζει ουσιωδώς την τελική βαθμολογία για τις σύγχρονες γέφυρες (παραμένει ευλόγως χαμηλή). Ωστόσο, είναι, προφανώς, σκόπιμη περαιτέρω διερεύνηση και βαθμονόμηση των επιμέρους βαθμολογιών, κάτι που γίνεται στην επόμενη ενότητα. Συσχετισμός βαθμολογιών και καμπυλών τρωτότητας Αν και η βαθμολογία μίας γέφυρας σχετίζεται ενγένει με την καμπύλη τρωτότητας που αντιστοιχεί στην τελευταία στάθμη βλάβης («Αστοχία»), εν προκειμένω, διεξάγεται μία πρώτη, ποιοτικού χαρακτήρα, σύγκριση για να διερευνηθεί κατά πόσο ο υπολογισμός της βαθμολογίας με βάση την μεθοδολογία του ΟΑΣΠ δίνει μία σαφή εικόνα της διακινδύνευσης των γεφυρών. Ενγένει, χρησιμοποιούνται οι μέσες τιμές κατωφλίου PGA mi για την στάθμη βλάβης ΣΒ4-Αστοχία καθώς και οι πιθανότητες υπέρβασης για το σεισμό σχεδιασμού P f (A) για την κρίσιμη διεύθυνση αναφοράς (Moschonas et al., 2009) και οι δείκτες σεισμικής διακινδύνευσης ανά κατηγορία κατάταξης των γεφυρών (Πίνακας 3). Συγκεκριμένα, οι μέσες τιμές κατωφλίου χρησιμοποιούνται κυρίως στην διερεύνηση της δυνατότητας συσχέτισης μεταξύ των τιμών αυτών και κάποιων χαρακτηριστικών των γεφυρών (π.χ. δυσκαμψία, ιδιοπερίοδος). Αντίθετα, για τη συσχέτιση των καμπυλών τρωτότητας με τις προκύπτουσες βαθμολογίες χρησιμοποιείται η πιθανότητα υπέρβασης για τον εκάστοτε σεισμό σχεδιασμού, ο οποίος άλλωστε επηρεάζει τη βαθμολογία (μέσω της ζώνης σεισμικής επικινδυνότητας του ΕΑΚ2000), με εξαίρεση την περίπτωση όπου οι καμπύλες τρωτότητας έχουν υπολογισθεί με βάση το μέσο φάσμα των ελληνικών σεισμών, διότι στην περίπτωση αυτή οι πιθανότητες υπέρβασης για το σεισμό σχεδιασμού είναι μηδενικές. Επισημαίνεται καταρχήν ότι η σύγκριση των αποτελεσμάτων της εμπειρικής και της αναλυτικής μεθόδου δεν είναι δυνατό να γίνει σε απόλυτους (αριθμητικούς) όρους, δηλ. δεν έχει έννοια η σύγκριση ενός βαθμού με μια επιτάχυνση που αντιστοιχεί σε κατώφλι βλάβης (ΣΒ4-αστοχία). Συνεπώς η σύγκριση έγινε σε όρους σχετικής μεταβολής (διαφορά βαθμολογίας σε σχέση με τη διαφορά PGA κατωφλίου), για ομάδες τυπολογιών γεφυρών και συγκεκριμένα τις , , , και Τα στοιχεία των γεφυρών των διαφόρων ομάδων τυπολογιών δίνονται στον Πίνακα 4. Οι συγκρίσεις γίνονται για τη διαμήκη διεύθυνση των γεφυρών, δεδομένου ότι για όλες τις κατηγορίες αυτή ήταν η κρίσιμη σε σχέση με την ανώτερη στάθμη βλάβης (Moschonas et al. 9

10 2009). Επιπλέον, κατά τη διαμήκη διεύθυνση συνυπολογίζεται (με κάποιον τρόπο) η επιρροή του συστήματος ακρόβαθρο-επίχωμα-θεμελίωση τόσο στη διαδικασία υπολογισμού των καμπυλών τρωτότητας όσο και στην βαθμολογία σεισμικής διακινδύνευσης. Πίνακας 3. Μέσοι δείκτες σεισμικής διακινδύνευσης ανά κατηγορία κατάταξης Κατηγορία γέφυρας Ονομασία γέφυρας T ij T i 111 Άνω διάβαση Πεδινής, Τμ Άνω διάβαση Χ.Θ Άνω διάβαση Τ2 κόμβου Σιάτιστας 3.64 Άνω διάβαση Χ.Θ Άνω διάβαση Τ7, Τμ Άνω διάβαση Τ6, Τμ Γέφυρα Γ11, Δεξ. Κλ., Τμ Γέφυρα Γ10, Δεξ. κλ., Τμ Γέφυρα Γ9, Τμ Γέφυρα Γ1, Τμ Γέφυρα Ειρήνης 2.02 Γέφυρα Τρελοχειμάρου Γέφυρα ποταμού Λίσσου η χαραδρογέφυρα Καβάλας 7.70 Γέφυρα Τ6, Τμ Γέφυρα Γ2, Τμ Γέφυρα Τ7, Τμ Γέφυρα ποταμού Κόσσυνθου 3.07 Γέφυρα Κομψάτου Γέφυρα Κρυσταλλοπηγής 9.76 Γέφυρα Γ10, Αριστ. κλ., Τμ όπου: T ij = Δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης της γέφυρας j που ανήκει στην κατηγορία i T i = Μέσος δείκτης σεισμικής διακινδύνευσης της i-οστής κατηγορίας Για την διερεύνηση της επιρροής των τοπικών εδαφικών συνθηκών η σύγκριση διεξάγεται σε δύο επίπεδα. Αρχικά συγκρίνονται οι μεταβολές (εντός κάθε ομάδας) των βαθμολογιών (Τ ij ) των συγκεκριμένων γεφυρών που είχαν χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή καμπυλών τρωτότητας με βάση το ελαστικό φάσμα του ΕΑΚ τόσο με τις αντίστοιχες μεταβολές στις τιμές κατωφλίου, PGA mi.eak, όσο και στις πιθανότητες υπέρβασης για το σεισμό σχεδιασμού, P f.eak (A). Στη συνέχεια λαμβάνεται ο μέσος όρος (Τ i ) των βαθμολογιών 10

11 διακινδύνευσης των δύο γεφυρών κάθε κατηγορίας (οι οποίες ενδεχομένως βρίσκονται σε διαφορετικά εδάφη) και συγκρίνεται με τις τιμές κατωφλίου που προέκυψαν από τις καμπύλες τρωτότητας για το μέσο φάσμα ελληνικών σεισμών (ΜΦΕΣ), PGA mi.μφεσ, ώστε η σύγκριση να είναι ανεξάρτητη από τον τύπο του εδάφους θεμελίωσης. Πίνακας 4. Στοιχεία γεφυρών ομάδων κατηγοριών Κατηγορία γέφυρας L tot [m] T διαμ [sec] δ αρμ [mm] Α [g] g g g g g g g g g g Τα αποτελέσματα και για τις δύο περιπτώσεις διερεύνησης δίνονται στον Πίνακα 5 και σχολιάζονται συνοπτικά παρακάτω: Κατηγορίες : Διαφοροποιούνται μόνο ως προς τον τύπο των βάθρων (μονόστυλα ή πολύστυλα). Η μεταβολή των μέσων τιμών κατωφλίου και των προβλεπόμενων σεισμικών αρμών (κατά την εγκύκλιο Ε39/99) ακολουθεί την αντίστοιχη μεταβολή της δυσκαμψίας και κατ επέκταση της ιδιοπεριόδου, δεδομένου του παρόμοιου συνολικού μήκους (παρόμοια μάζα). Τα ανωτέρω μεγέθη μπορούν να επιλεγούν ως χαρακτηριστικά των γεφυρών. Επιπλέον, η μεταβολή των βαθμολογιών ακολουθεί την μεταβολή τόσο των πιθανοτήτων υπέρβασης (για το σεισμό σχεδιασμού) όσο και των τιμών κατωφλίου, είτε ληφθεί υπόψη η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών είτε όχι. Κατηγορίες : Διαφοροποιούνται μόνο ως προς τον τύπο των βάθρων (μονόστυλα κυλινδρικά, μονόστυλα κοίλα ορθογωνικά, και τοιχωματικά). Δεδομένου του έντονα διαφορετικού μήκους (μάζας) των εν λόγω γεφυρών, ως χαρακτηριστικό της γέφυρας χρησιμοποιείται η ιδιοπερίοδος, επειδή αντικατοπτρίζει τη συσχέτιση μάζας-δυσκαμψίας. Η μεταβολή των μέσων τιμών κατωφλίου και των προβλεπόμενων σεισμικών αρμών δεν ακολουθεί την μεταβολή της ιδιοπεριόδου (δεν υφίσταται δυνατότητα συσχέτισης). Επιπλέον, σύμπτωση της μεταβολής των βαθμολογιών με τις πιθανότητες υπέρβασης διαπιστώνεται μόνο για το μέσο φάσμα των ελληνικών σεισμών, δηλαδή όταν αγνοηθεί η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών. 11

12 Πίνακας 5. Σύγκριση αποτελεσμάτων μεταξύ ομάδων τυπολογιών Κατηγορία P Έδαφος Τ γέφυρας ij PGA f.eak (Α) mi.εακ [%] Τ i 111 Γ Β Β Α Β Γ Β Γ Α Β PGA mi.μφεσ Κατηγορίες : Διαφοροποιούνται μόνο ως προς τον τύπο του καταστρώματος (κιβωτιοειδής διατομή και προκατασκευασμένες δοκοί με πλάκα). Ως χαρακτηριστικό μπορεί να επιλεγεί το μήκος (μάζα) και κατ επέκταση η ιδιοπερίοδος των γεφυρών εφόσον και στις δύο χρησιμοποιούνται εφέδρανα ίδιου τύπου (συνήθη ελαστομεταλλικά χαμηλής απόσβεσης) και παρόμοιου πάχους. Οι βαθμολογίες ακολουθούν τις μέσες τιμές κατωφλίου ή τις πιθανότητες υπέρβασης σε ό,τι αφορά την μεταβολή των τιμών τους μόνο στην περίπτωση που αγνοηθεί η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών. Κατηγορίες : Διαφοροποιούνται κυρίως ως προς τον τύπο των βάθρων (μονόστυλα κυλινδρικά, μονόστυλα κοίλα ορθογωνικά, και πολύστυλα). Δεδομένου του έντονα διαφορετικού μήκους (μάζας) των εν λόγω γεφυρών ως κύριο χαρακτηριστικό της γέφυρας χρησιμοποιείται η ιδιοπερίοδος, επειδή αντικατοπτρίζει τη συσχέτιση μάζας-δυσκαμψίας. Η μεταβολή των μέσων τιμών κατωφλίου δεν ακολουθεί την μεταβολή της ιδιοπεριόδου (δεν υφίσταται δυνατότητα συσχέτισης) και επιπλέον δεν διαπιστώνεται σύμπτωση της μεταβολής των βαθμολογιών με τις πιθανότητες υπέρβασης ή με τις μέσες τιμές κατωφλίου, είτε ληφθεί υπόψη η επιρροή των τοπικών εδαφικών συνθηκών είτε όχι. Το γενικότερο συμπέρασμα που προκύπτει είναι η κατά κανόνα έλλειψη συσχέτισης μεταξύ βαθμολογιών και σχετικών παραμέτρων των καμπυλών τρωτότητας όταν συνεκτιμηθεί και το έδαφος θεμελίωσης. Αυτό αποδίδεται κατά κύριο λόγο στο ό,τι οι καμπύλες τρωτότητας έχουν εξαχθεί με βάση το συγκεκριμένο έδαφος στο οποίο βρισκόταν η τυπική γέφυρα της κάθε τυπολογίας, αλλά χρησιμοποιήθηκαν και για άλλες γέφυρες (της ίδιας τυπολογίας) οι οποίες όμως βρίσκονταν σε διαφορετικές εδαφικές συνθήκες. 12

13 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΑ ΣΧΟΛΙΑ Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκε ένα νέο ερωτηματολόγιο, το οποίο διαμορφώθηκε από τους συγγραφείς και τους συνεργάτες τους με βάση το αντίστοιχο ερωτηματολόγιο του ΟΑΣΠ (2002). Για την ανάπτυξή του πραγματοποιήθηκαν διάφορες τροποποιήσεις υπό τη μορφή είτε της προσθαφαίρεσης διαφόρων παραμέτρων είτε της αναδιάρθρωσης και ταξινόμησής τους σε κατηγορίες, ώστε να διαχωρίζονται με σαφή τρόπο οι παράμετροι τρωτότητας, σπουδαιότητας και σεισμικής επικινδυνότητας. Βασικό γνώμονα αποτέλεσε η διατήρηση αφενός της απλότητάς του, ώστε να είναι εφικτή η συμπλήρωσή του από έναν μέσο μηχανικό εντός εύλογου χρόνου και αφετέρου η σαφήνεια της εικόνας της τρωτότητας της υπό εξέταση γέφυρας που προκύπτει από τη μέθοδο. Επιπλέον, καταρτίστηκε ένα νέο έντυπο οδηγιών, στο οποίο δίνονται αναλυτικές οδηγίες για τη συμπλήρωση του ερωτηματολογίου. Το προτεινόμενο ερωτηματολόγιο εφαρμόστηκε σε 21 γέφυρες καταμήκος της Εγνατίας Οδού, αντιπροσωπευτικές με βάση το ελληνικό σύστημα ταξινόμησης γεφυρών (Moschonas et al. 2009). Οι βαθμολογίες των γεφυρών υπολογίστηκαν με βάση τη διαδικασία που περιγράφεται στην αρχική πρόταση του ΟΑΣΠ, η οποία έχει το βασικό μειονέκτημα ότι συνεκτιμά τη μέγιστη εδαφική επιτάχυνση στον υπολογισμό του δείκτη δομικής τρωτότητας. Ωστόσο, καμία από τις εξεταζόμενες γέφυρες δεν βρέθηκε να χρήζει (βάσει της τελικής βαθμολογίας της) λεπτομερέστερου ελέγχου της διακινδύνευσής της, γεγονός που αφενός είναι αναμενόμενο για γέφυρες που σχεδιάστηκαν με σύγχρονους κανονισμούς και αφετέρου καταδεικνύει ότι ο υπολογισμός του δείκτη δομικής τρωτότητας συνεκτιμώντας την μέγιστη εδαφική επιτάχυνση φαίνεται να καταλήγει σε εύλογες βαθμολογίες για τις σύγχρονες γέφυρες. Αντίθετα, από την σύγκριση με τις αντίστοιχες καμπύλες τρωτότητας διαπιστώθηκε στις περισσότερες περιπτώσεις έλλειψη συσχέτισης μεταξύ βαθμολογιών και σχετικών παραμέτρων των καμπυλών τρωτότητας, ιδιαίτερα στην περίπτωση του φάσματος του ΕΑΚ όπου λαμβάνονται υπόψη οι τοπικές εδαφικές συνθήκες. Παρότι στην παρούσα εργασία η εφαρμογή έγινε στις σύγχρονες γέφυρες της Εγνατίας, το κατεξοχήν πεδίο εφαρμογής των εμπειρικών μεθόδων ερωτηματολογίου είναι οι παλαιότερες ελληνικές γέφυρες, κυρίως οι προ του 1985 (που είχαν κατασκευασθεί πριν την εισαγωγή των αρχών του σύγχρονου αντισεισμικού σχεδιασμού στον Ελληνικό Κανονισμό). Οι συγγραφείς είναι πεπεισμένοι ότι ο προσεισμικός έλεγχος των γεφυρών αυτών με βάση μεθόδους όπως η προτεινόμενη εδώ, δεν είναι απλώς σκόπιμη, αλλά αποτελεί εθνική αναγκαιότητα, δεδομένης της στρατηγικής σημασίας των γεφυρών στη σεισμική διακινδύνευση ολόκληρου του συγκοινωνιακού δικτύου της χώρας. 13

14 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Οι συγγραφείς ευχαριστούν θερμώς όλους τους συναδέλφους τους, μέλη της ερευνητικής ομάδας του προγράμματος ΑΣΠροΓε, οι οποίοι συνέβαλαν στην παρούσα εργασία με πολύτιμα σχόλια και παρατηρήσεις, ιδιαιτέρως τον κ. Στ. Σταθόπουλο (από τη ΔΟΜΗ) και τον κ. Π. Πανέτσο (από την ΕΟΑΕ). ΑΝΑΦΟΡΕΣ Applied Technology Council {ATC} / Federal Highway Administration {FHWA} (1983) Seismic Retrofitting Guidelines for Highway Bridges, Rep. ATC-6-2, Applied Technology Council. Αργυρούδης, Σ. Α., Πιτιλάκης Κ.Δ., Κάππος, Α.Ι., Σέξτος, Α.Γ. (2006) «Μελέτη σεισμικής τρωτότητας γεφυρών από σκυρόδεμα. Εφαρμογή στο πολεοδομικό συγκρότημα Θεσσαλονίκης», 15ο Ελλ. Συνέδριο Σκυροδέματος, Αλεξανδρούπολη, τ. Β, Babaei, K., Hawkins, N.M. (1991) Bridge Seismic Retrofit Prioritization, in Proceedings of the 3 rd U.S. National Conference on Lifeline Earthquake Engineering, Los Angeles, California Buckle, I.G. and Friedland, I.M. (1995) Seismic Retrofitting Manual for Highway Bridges, Federal Highway Administration, Washington, DC, Report FHWA-RD , Grant DTFH61-92-C Karakostas, C.Z., Athanassiadou, C.J., Kappos, A.J. and Lekidis, V.A. (2007) Site-dependent design spectra and strength modification factors, based on records from Greece, Soil Dynamics & Earthquake Engineering, Vol. 27, No. 11, Kawashima, K. and Unjoh, S. (1990) An Inspection Method of Seismic Vulnerability of Existing Highway Bridges, Structural Eng./Earthquake Eng., JSCE, Vol. 7, No. 1, Kim, S.H. (1993) A GIS-based Regional Risk Analysis Approach for Bridges Against Earthquakes, Dissertation, State University of New York at Buffalo, Department of Civil Engineering, Buffalo. Moschonas, I.F., Kappos, A.J., Panetsos, P., Papadopoulos, V., Makarios, T., Thanopoulos, P. (2009) Seismic fragility curves for greek bridges: Methodology and case studies, Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 7, No. 2, ΟΑΣΠ (2002) Συμπλήρωση και επέκταση μεθοδολογίας προσεισμικού ελέγχου υφιστάμενων γεφυρών με πρακτικές εφαρμογές», Ομάδα μελέτης: Α. Καραμάνος, Θ. Πανουτσόπουλος, Σ. Σταθόπουλος, Σ. Καρακατσανίδης, Αθήνα. Pezeshk, S., Chang, T.S., Yiak, K.C., and Kung, H.T. (1993) Seismic Vulnerability Evaluation of Bridges in Memphis and Shelby County, Tennessee, Earthquake Spectra, Vol. 9, No