ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ ΤΟΙΧΩΝ Ε ΑΦΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΗΣ ΜΕ ΓΕΩΑΦΡΟ ΙΟΓΚΩΜΕΝΗΣ ΠΟΛΥΣΤΕΡΙΝΗΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΙΑΤΡΙΒΗ ΓΙΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΙΠΛΩΜΑ ΕΙ ΙΚΕΥΣΗΣ ΒΑΣΙΛΙΚΗ. ΣΤΑΘΟΠΟΥΛΟΥ Πολιτικός Μηχανικός ιπλωµατούχος Πανεπιστηµίου Πατρών ΠΑΤΡΑ, ΙΟΥΛΙΟΣ 2005
-i- ΠΕΡΙΛΗΨΗ Αντικείµενο της ιατριβής αποτελεί η διερεύνηση των δυνατοτήτων του Γεωαφρού ιογκωµένης Πολυστερίνης (Γ Π) για τη χρησιµοποίησή του ως σεισµικό µονωτικό παρέµβληµα σε συµβατικούς τοίχους εδαφικής αντιστήριξης (τύπου βαρύτητας ή προβόλου) καθώς και σε ακρόβαθρα γεφυρών. Η µεθοδολογία του συµπιεστού παρεµβλήµατος Γ Π έχει ήδη αρχίσει να χρησιµοποιείται για τη µείωση των στατικών ωθήσεων που ασκούνται σε κατασκευές εδαφικής αντιστήριξης (και σε ακρόβαθρα γεφυρών µονολιθικής σύνδεσης) και γι αυτό αποκτά ιδιαίτερο ενδιαφέρον η πρόσθετη αξιοποίηση του παρεµβλήµατος ως µέσο σεισµικής µόνωσης. Η παρούσα έρευνα βασίζεται στην αριθµητική ανάλυση της συµπεριφοράς συµβατικών τοίχων αντιστήριξης κάτω από τη δράση οριζόντιας σεισµικής διέγερσης βάσης. Οι αναλύσεις διεξάγονται τόσο για µη-µονωµένους τοίχους όσο και για τοίχους σεισµικά µονωµένους µε παρέµβληµα Γ Π. Το παρέµβληµα έχει τη µορφή κατακόρυφου φύλλου µικρού σχετικά πάχους που τοποθετείται σε επαφή µε την πίσω όψη του τοίχου παρεµβαλλόµενο µεταξύ τοίχου και επιχώµατος. Η αποτελεσµατικότητα της επιτυγχανόµενης σεισµικής µόνωσης αξιολογείται συγκρίνοντας τη σεισµική δύναµη, P ΜΟΝ (δηλαδή την πρόσθετη δύναµη που αναπτύσσεται λόγω της σεισµικής δράσης) που ασκείται σε µονωµένο τοίχο µε την αντίστοιχη δύναµη, P, απλού τοίχου και εκφράζεται ποσοτικά µε το λόγο µείωσης r=p ΜΟΝ /P ή την αποτελεσµατικότητα σεισµικής µόνωσης A r = ( P ΜΟΝ /P)x100, όπου P ΜΟΝ = P- P ΜΟΝ. Οι αναλύσεις διεξάγονται χρησιµοποιώντας τη µέθοδο πεπερασµένων στοιχείων (κώδικας PLAXIS v.8) µε την παραδοχή ιξωδοελαστικής συµπεριφοράς εδαφικού επιχώµατος και κατακόρυφου ελαστικού τοίχου δεδοµένης ευκαµψίας και στροφικής αντίστασης της βάσης. Ως δυναµική διέγερση βάσης χρησιµοποιούνται αρµονικές χρονοϊστορίες επιτάχυνσης µεταβαλλόµενου εύρους και συχνότητας. Κατ αρχήν αξιολογείται η αξιοπιστία της χρησιµοποιούµενης µεθόδου ανάλυσης διεξάγοντας αναλύσεις για περιπτώσεις απλών (µη-µονωµένων) τοίχων αντιστήριξης διαφορετικού ύψους, ευκαµψίας κορµού και στροφικής ευκαµψίας βάσης, υπό αρµονικές διεγέρσεις βάσης κυµαινόµενης έντασης και συχνότητας, και διάφορα
-ii- µεγέθη δικτύων. Τα αποτελέσµατα των αναλύσεων υποδεικνύουν ότι η απόκριση του συστήµατος τοίχος-επίχωµα είναι γραµµική, δηλαδή δεν εξαρτάται από το ύψος του τοίχου και την ένταση της διέγερσης βάσης. Τα αποτελέσµατα των αναλύσεων συγκρίνονται επίσης µε ανάλογα δηµοσιευµένα αποτελέσµατα (που έχουν προκύψει από αναλυτικές ή αριθµητικές επιλύσεις) και διαπιστώνεται πολύ καλή συµφωνία όσον αφορά την τιµή της σεισµικής ώθησης και το ύψος εφαρµογής της από τη βάση του τοίχου. Όσον αφορά την επίδραση της συχνότητας της διέγερσης βάσης, f, διαπιστώνεται ότι η συµπεριφορά µπορεί να χαρακτηρίζεται ως ψευδοστατική (δηλαδή να θεωρείται ανεξάρτητη της συχνότητας) για τιµές f / f 1 0.30, όπου f 1 =θεµελιώδης ιδιοσυχνότητα του συστήµατος τοίχου-επίχωµα. Η συµπεριφορά γίνεται επίσης ανεξάρτητη της συχνότητας όταν f / f 1 2.0, ενώ στο διάστηµα 0.30 f / f 2.0 αναπτύσσονται φαινόµενα συντονισµού και οι τιµές της σεισµικής 1 ώθησης αυξάνονται δραµατικά. Για την περίπτωση των σεισµικά µονωµένων (µε παρέµβληµα Γ Π) τοίχων οι εξεταζόµενες παράµετροι περιλαµβάνουν το σχήµα του παρεµβλήµατος, την πυκνότητα και το ποσοστιαίο πάχος του Γ Π, την ευκαµψία του τοίχου, την καθ ύψος µεταβολή του µέτρου ελαστικότητας του Γ Π και τη συχνότητα διέγερσης της βάσης. Τα αποτελέσµατα υποδεικνύουν ότι η µονωτική ικανότητα αυξάνεται όσο µειώνεται η πυκνότητα του Γ Π και εποµένως επιδιώκεται η χρήση όσο το δυνατόν ελαφρύτερου Γ Π. Εν τούτοις, για την επιλογή της κατάλληλης πυκνότητας του Γ Π θα πρέπει να λαµβάνεται υπόψη και το ενδεχόµενο ανάπτυξης ερπυστικών παραµορφώσεων του παρεµβλήµατος (υπό στατικές συνθήκες φόρτισης) οι οποίες οδηγούν σε ενδεχοµένως µη-επιτρεπόµενες καθιζήσεις του επιχώµατος. Σχετικά µε το κατά την έννοια του ύψους του τοίχου, σχήµα του παρεµβλήµατος διεξήχθησαν αναλύσεις για ορθογωνικό σχήµα και τρία τριγωνικά σχήµατα: µε µέγιστο πάχος στην κορυφή, στη βάση και στο µέσο του τοίχου. Τα αποτελέσµατα υποδεικνύουν (λαµβάνοντας υπόψη και την κατασκευαστική ευχέρεια), ότι η βέλτιστη αποτελεσµατικότητα επιτυγχάνεται µε χρήση ορθογωνικού σχήµατος, δηλαδή µε σταθερό κατά την έννοια του ύψους πάχος παρεµβλήµατος. Τα αποτελέσµατα των αναλύσεων υποδεικνύουν επίσης ότι η µονωτική ικανότητα του Γ Π δεν εξαρτάται από τη µεταβολή καθ ύψος της ακαµψίας του Γ Π και αυξάνεται όσο αυξάνεται το ποσοστιαίο πάχος, t r, του παρεµβλήµατος. Τα αποτελέσµατα υποδεικνύουν ότι είναι δυνατή η επίτευξη των τιµών της αποτελεσµατικότητας σεισµικής µόνωσης A r >50% για τιµές πάχους t r 15%. Η προκύπτουσα σχέση A r - t r είναι µη γραµµική και γι αυτό απαιτούνται σχετικά µεγάλα πάχη παρεµβλήµατος για τη µείωση της σεισµικής ώθησης σε ποσοστό µεγαλύτερο του 50%. Παρατηρείται επίσης ότι η
-iii- αποτελεσµατικότητα σεισµικής µόνωσης αυξάνεται όσο αυξάνεται η ευκαµψία του τοίχου. Το ύψος εφαρµογής της σεισµικής ώθησης, h, σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα των αναλύσεων επηρεάζεται σε πολύ µικρό βαθµό (<20%) από την παρουσία του παρεµβλήµατος, ενώ η επίδραση της πυκνότητας του Γ Π είναι αµελητέα. Για άκαµπτους τοίχους προκύπτει ότι h 0.60 H, ενώ για πολύ εύκαµπτους τοίχους προκύπτει η τιµή h 0.33 H. Τέλος, όσον αφορά τη µονωτική ικανότητα του παρεµβλήµατος στην περιοχή των συχνοτήτων συντονισµού, τα αποτελέσµατα της έρευνας υποδεικνύουν ότι για την περίπτωση άκαµπτων τοίχων η αποτελεσµατικότητα σεισµικής µόνωσης, A r, µειώνεται δραµατικά (µπορεί να γίνει ίση µε 5%). Αντίθετα, για εύκαµπτους τοίχους παρατηρείται πολύ µικρή µείωση της τιµής της A r. Με βάση τα αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας για τον αντισεισµικό σχεδιασµό τοίχων αντιστήριξης προτείνεται δοκιµαστικά η ακόλουθη διαδικασία : (α) ιαστασιολόγηση του τοίχου σύµφωνα µε τον ΕΑΚ 2000, χρησιµοποιώντας όµως ως τιµή του συντελεστή συµπεριφοράς, q w, τη διπλάσια τιµή από αυτή που προτείνει ο ΕΑΚ 2000. (β) Προσδιορισµός του απαιτούµενου ποσοστιαίου πάχους του παρεµβλήµατος Γ Π (της επιθυµητής πυκνότητας) έτσι ώστε να ισχύει A r =50% (µε βάση τα αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας). (γ) Εκτίµηση του ύψους εφαρµογής της σεισµικής ώθησης (σεισµικής προσαύξησης) µε βάση τα αποτελέσµατα της παρούσας έρευνας. Με σκοπό την εξαγωγή οριστικών συµπερασµάτων σχετικά µε την πρακτική αξία της εξεταζόµενης µεθόδου σεισµικής µόνωσης τοίχων αντιστήριξης, προτείνεται η συνέχιση της ερευνητικής προσπάθειας, χρησιµοποιώντας 1) ελαστοπλαστική ανάλυση για το υλικό του επιχώµατος και του εδάφους θεµελίωσης του τοίχου, 2) προσοµοίωµατα τοίχων µε δυνατότητα ολίσθησης και 3) καταγραµµένες από πραγµατικούς σεισµούς χρονικές ιστορίες επιταχύνσεων ως διέγερση βάσης. Προτείνεται επίσης η διεξαγωγή δοκιµών σεισµικής τράπεζας σε φυσικά οµοιώµατα (υπό κλίµακα) συστηµάτων τοίχος-επίχωµα.
-iv- ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΕΙΣ Η παρούσα ιατριβή αποτέλεσε σηµαντικό µέρος του προγράµµατος των Μεταπτυχιακών Σπουδών µου. Στη διεξαγωγή της, καθοριστικής σηµασίας ήταν η συµβολή τόσο καθηγητών όσο και συµφοιτητών-συνεργατών. Οφείλω να εκφράσω, πρώτα απ όλα, τις ευχαριστίες µου στον επιβλέποντα καθηγητή µου, Γ.Α. Αθανασόπουλο, Καθηγητή του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστηµίου Πατρών, η βοήθεια και καθοδήγηση του οποίου ήταν αναγκαία και καθοριστική στη διεξαγωγή της παρούσας έρευνας. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω τους καθηγητές, Κ. Ι. Παπαντωνόπουλο, Επίκουρο Καθηγητή, και Γ. Μυλωνάκη, Επίκουρο Καθηγητή, για την σηµαντική συµβολή τους στην κατανόηση και αντιµετώπιση δυσκολιών όσον αφορά τόσο την πρακτική πλευρά όσο και τη θεωρητική πλευρά του θέµατος της παρούσας ιατριβής. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλονται στη ρ. Πολιτικό Μηχανικό Πανεπιστηµίου Πατρών, κα Β. Ξενάκη, η οποία συνέβαλε σηµαντικά και µε προθυµία στην διεκπεραίωση της παρούσας έρευνας στα πλαίσια µιας πολύ καλής συνεργασίας. Θα ήθελα, τέλος, να ευχαριστήσω εγκάρδια τους γονείς µου για την ηθική υποστήριξη και κατανόησή τους κατά τη διάρκεια εκπόνησης της παρούσας ιατριβής.
-v- ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ σελ. ΠΕΡΙΛΗΨΗ... i ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΕΙΣ... iv ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ... vii ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ... xiii ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ... xiv ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ... 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ... 7 2.1 Ανάλυση και Σχεδιασµός Τοίχων Αντιστήριξης Υπό Συνθήκες Σεισµικής Φόρτισης... 7 2.1.1 Ψευδοστατική (Ισοδύναµη-Στατική) Μέθοδος Ανάλυσης... 8 2.1.2 Ψευδοδυναµική Μέθοδος Ανάλυσης... 13 2.1.3 Μέθοδος Επιτρεπόµενων Μετακινήσεων... 15 2.1.4 Μέθοδοι Ελαστικής Ανάλυσης... 18 2.1.5 Λοιπές Ερευνητικές Κατευθύνσεις Βιβλιογραφικές Πηγές... 24 2.1.6 Η Μέθοδος Ανάλυσης του ΕΑΚ 2000... 24 2.2 Περιπτώσεις Σεισµικής Αστοχίας Τοίχων Αντιστήριξης... 27 2.3 Σεισµική Μόνωση Τοίχων Εδαφικής Αντιστήριξης... 30 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ... 32 3.1 Ο Κώδικας Πεπερασµένων Στοιχείων PLAXIS - Γενικά Χαρακτηριστικά... 32 3.2 Η Εξιδανίκευση του Τοίχου Αντιστήριξης... 41 3.3 Το Προσοµοίωµα Πεπερασµένων Στοιχείων... 50
-vi- ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑ ΤΗΣ ΜΕΘΟ ΟΛΟΓΙΑΣ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ... 54 4.1 Τρόπος Παρουσίασης των Αποτελεσµάτων... 54 4.2 Επίδραση του Μεγέθους του ικτύου... 57 4.3 Επίδραση του Ύψους του Τοίχου... 58 4.4 Επίδραση της Έντασης της Κίνησης Βάσης... 59 4.5 Επίδραση της Συχνότητας της Κίνησης Βάσης... 61 4.6 Συγκρίσεις µε ηµοσιευµένα Αποτελέσµατα... 64 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ... 70 5.1 Επίδραση του Σχήµατος του Παρεµβλήµατος Γ Π... 70 5.2 Επίδραση της Μεταβαλλόµενης Καθ ύψος υσκαµψίας του Γ Π... 72 5.3 Επίδραση της Πυκνότητας του Γ Π... 77 5.4 Επίδραση του Πάχους του Παρεµβλήµατος Γ Π... 78 5.5 Ύψος Εφαρµογής της Σεισµικής Συνιστώσας της Φόρτισης... 84 5.6 Επίδραση της Συχνότητας ιέγερσης της Βάσης... 84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ... 88 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 92 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α... 98 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β... 203 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Γ...251
-vii- ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Σχήµα 1-1 Σχήµα 1-2 Τυπικές κατηγορίες τοίχων αντιστήριξης α) Τοίχος βαρύτητας β) Τοίχος πρόβολος γ) Ακρόβαθρο γέφυρας δ) Τοίχωµα υπογείου... σελ. 2 Σεισµική µόνωση τοίχων αντιστήριξης µε χρήση Γεωαφρού ιογκωµένης Πολυστερίνης (Γ Π) α) Τοίχος βαρύτητας β) Τοίχος πρόβολος γ) Ακρόβαθρο γέφυρας δ) Τοίχωµα υπογείου... σελ. 4 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Σχήµα 2-1 Σχήµα 2-2 Σχήµα 2-3 Σχήµα 2-4 Σχήµα 2-5 Σχήµα 2-6 Σχήµα 2-7 Σχήµα 2-8 (α) υνάµεις που ενεργούν στο αντιστηριζόµενο εδαφικό πρίσµα στη µέθοδο Mononobe Okabe (β) Πολύγωνο δυνάµεων που απεικονίζει την ισορροπία δυνάµεων στο αντιστηριζόµενο εδαφικό πρίσµα... σελ. 9 Ο συντελεστής δυναµικής ενεργητικής ώθησης που προβλέπει η µέθοδος Mononobe Okabe και η προσεγγιστική τιµή που πρότειναν οι Seed and Whitman (1970)... σελ. 11 Γεωµετρία τοίχου και δυνάµεις που ενεργούν στο αντιστηριζόµενο εδαφικό πρίσµα στη µέθοδο Steedman and Zeng (1990)... σελ. 13 Σύγκριση κατανοµών κανονικοποιηµένων τιµών εδαφικής ώθησης για τις µεθόδους Mononobe Okabe και Steedman and Zeng (1990) για οριζόντιο σεισµικό συντελεστή k = 0. 2 και H λ =0.3... σελ. 15 h Θέση του σηµείου εφαρµογής της δυναµικής ώθησης στην περίπτωση της µέγιστης ροπής ανατροπής για οριζόντιο σεισµικό συντελεστή k = 0. 2... σελ. 15 Τρόπος αστοχίας του συστήµατος τοίχου-εδάφους (ολίσθηση) λόγω της κίνησης της βάσης έδρασης... σελ. 17 Το προσοµοίωµα του συστήµατος τοίχου-εδάφους που χρησιµοποίησαν οι Veletsos and Younan (1994, 1997)... σελ. 21 Κατανοµή των αναπτυσσόµενων δυναµικών εδαφικών ωθήσεων σε συστήµατα τοίχων αντιστήριξης εδάφους µε διαφορετικές τιµές ευκαµψίας τοίχου και δυστρεψίας της βάσης έδρασης του (ν =1/3, µ = 0) α) d = 0 β) d =0 w θ h w
-viii-... σελ. 22 Σχήµα 2-9 Αναπτυσσόµενες εδαφικές ωθήσεις σε ακλόνητους τοίχους αντιστήριξης σύµφωνα µε τον ΕΑΚ 2000... σελ. 27 Σχήµα 2-10 Αστοχία τοίχου βαρύτητας (ολίσθηση µεταξύ κατασκευαστικών αρµών) κατά το σεισµό Chi-Chi της Ταϊβάν (1999) (Fang et al. 2003)... σελ. 28 Σχήµα 2-11 Αστοχία τοίχου βαρύτητας λόγω υπέρβασης φέρουσας ικανότητας και ανατροπής κατά το σεισµό Chi-Chi της Ταϊβάν (1999) (Fang et al. 2003)... σελ. 29 Σχήµα 2-12 Αστοχία τοίχου βαρύτητας εδραζόµενου στη ζώνη σεισµικής διάρρηξης λόγω ολίσθησης και ανατροπής κατά το σεισµό Chi-Chi της Ταϊβάν (1999) (Fang et al. 2003)... σελ. 29 Σχήµα 2-13 Επίδραση του πάχους του παρεµβλήµατος γεωαφρού στο λόγο µείωσης των σεισµικών ωθήσεων... σελ. 31 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Σχήµα 3-1 Αντιπροσωπευτικά παραδείγµατα διδιάστατου προσοµοιώµατος πεπερασµένων στοιχείων µε επίπεδη παραµόρφωση και διδιάστατου αξονοσυµµετρικού προσοµοιώµατος... σελ. 33 Σχήµα 3-2 Σχήµα 3-3 Σχήµα 3-4 Σχήµα 3-5 Σχήµα 3-6 Σχήµα 3-7 Θέση των κόµβων και των σηµείων υπολογισµού των τάσεων στα εδαφικά πεπερασµένα στοιχεία... σελ. 34 Εφαρµογές γεωτεχνικών αναλύσεων στις οποίες χρησιµοποιούνται στοιχεία πλακών, αγκυρίων και διεπιφάνειας... σελ. 35 Θέση των κόµβων και των σηµείων υπολογισµού των τάσεων σε 3-κοµβα και 5-κοµβα πεπερασµένα στοιχεία δοκών... σελ. 35 Παράδειγµα εισαγωγής δεδοµένων στροφικού ελατηρίου µεταξύ δύο στοιχείων δοκών στον Κώδικα PLAXIS... σελ. 36 Κατανοµή των κόµβων και των σηµείων υπολογισµού των τάσεων σε στοιχεία διεπιφάνειας και ο τρόπος σύνδεσης τους µε τα εδαφικά στοιχεία... σελ. 37 Το προσοµοίωµα του συστήµατος τοίχου αντιστήριξης και εδαφικού επιχώµατος που χρησιµοποιήθηκε στις αναλύσεις... σελ. 41 Σχήµα 3-8 Το προσοµοίωµα του συστήµατος τοίχου αντιστήριξης και εδαφικού επιχώµατος µε χρήση παρεµβλήµατος Γ Π µεταξύ του τοίχου και του
-ix- αντιστηριζόµενου εδάφους που χρησιµοποιήθηκε στις αναλύσεις... σελ. 48 Σχήµα 3-9 Αντιπροσωπευτικό παράδειγµα διδιάστατου δικτύου επίπεδης παραµόρφωσης πεπερασµένων στοιχείων που χρησιµοποιήθηκε µε τoν Κώδικα Πεπερασµένων Στοιχείων PLAXIS v.8... σελ. 51 Σχήµα 3-10 Προσοµοίωση του συστήµατος τοίχου αντιστήριξης εδαφικού επιχώµατος και οι συνθήκες περιορισµοί που επιβάλλονται στα όρια του δικτύου... σελ. 51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Σχήµα 4-1 Σχήµα 4-2 Σχήµα 4-3 Χρονικές ιστορίες της σεισµικής συνιστώσας των εδαφικών ωθήσεων σε πέντε σηµεία καθ ύψος τοίχου ύψους 8m... σελ. 55 Κατανοµή των µέγιστων τιµών της σεισµικής συνιστώσας των εδαφικών ωθήσεων καθ ύψος του τοίχου του Σχ. 4-1... σελ. 56 Τα τέσσερα µεγέθη δικτύων που χρησιµοποιήθηκαν για την ανάλυση της συµπεριφοράς τοίχου ύψους 8m... σελ. 57 Σχήµα 4-4 Σχήµα 4-5 Σχήµα 4-6 Σχήµα 4-7 Σχήµα 4-8 Σχήµα 4-9 Τα τέσσερα µεγέθη δικτύων που χρησιµοποιήθηκαν για την ανάλυση της συµπεριφοράς τοίχου ύψους 4m... σελ. 57 Επίδραση του µήκους του δικτύου πεπερασµένων στοιχείων στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης (ύψος τοίχου, H = 8m)... σελ. 58 Επίδραση του µήκους του δικτύου πεπερασµένων στοιχείων στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης (ύψος τοίχου, H = 4m... σελ. 59 Επίδραση του ύψους του τοίχου στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης (µεταβαλλόµενη ευκαµψία του τοίχου)... σελ. 60 Επίδραση της έντασης της διέγερσης βάσης στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης (µεταβαλλόµενη ευκαµψία του τοίχου)... σελ. 62 Επίδραση της συχνότητας της διέγερσης βάσης στην τιµή της σεισµικής προσαύξησης της ώθησης του τοίχου για την περίπτωση άκαµπτου και πολύ εύκαµπτου τοίχου... σελ. 63 Σχήµα 4-10 Σύγκριση της κατανοµής των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης καθ ύψος του τοίχου, που προκύπτουν µε τη µεθοδολογία της παρούσας έρευνας, µε αντίστοιχα αποτελέσµατα των Veletsos and Younan (1997) και Ψαρρόπουλος
-x- (2000) (επίδραση της ευκαµψίας του τοίχου)... σελ. 65 Σχήµα 4-11 Σύγκριση της κατανοµής των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης καθ ύψος του τοίχου, που προκύπτουν µε τη µεθοδολογία της παρούσας έρευνας, µε αντίστοιχα αποτελέσµατα των Veletsos and Younan(1997) και Ψαρρόπουλος (2000) (επίδραση της δυστρεψίας της βάσης έδρασης του τοίχου)... σελ. 66 Σχήµα 4-12 Σύγκριση της κατανοµής των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης καθ ύψος του τοίχου, που προκύπτουν µε τη µεθοδολογία της παρούσας έρευνας, µε αντίστοιχα αποτελέσµατα του Ψαρρόπουλος (2000) (επίδραση της δυστρεψίας της βάσης έδρασης του τοίχου για τοίχο µε συντελεστή ευκαµψίας dw = 1)... σελ. 67 Σχήµα 4-13 Σύγκριση της κατανοµής των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης καθ ύψος του τοίχου, που προκύπτουν µε τη µεθοδολογία της παρούσας έρευνας, µε αντίστοιχα αποτελέσµατα του Ψαρρόπουλος (2000) (επίδραση της δυστρεψίας της βάσης έδρασης του τοίχου για τοίχο µε συντελεστή ευκαµψίας dw = 5)... σελ. 68 Σχήµα 4-14 Σύγκριση της κατανοµής των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης καθ ύψος του τοίχου, που προκύπτουν µε τη µεθοδολογία της παρούσας έρευνας, µε αντίστοιχα αποτελέσµατα του Ψαρρόπουλος (2000) (επίδραση της δυστρεψίας της βάσης έδρασης του τοίχου για τοίχο µε συντελεστή ευκαµψίας dw = 40)... σελ. 69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Σχήµα 5-1 Σχήµα 5-2 Σχήµα 5-3 Σχήµα 5-4 Τέσσερα διαφορετικά σχήµατα παρεµβλήµατος Γ Π η αποτελεσµατικότητα των οποίων διερευνάται στην παρούσα εργασία... σελ. 71 Επίδραση του ποσοστιαίου πάχους του παρεµβλήµατος Γ Π20 στην τιµή του Λόγου Μείωσης της Σεισµικής Προσαύξησης, r, για τέσσερα διαφορετικά σχήµατα παρεµβλήµατος... σελ. 73 Επίδραση της µεταβολής της δυσκαµψίας του παρεµβλήµατος Γ Π κατά την έννοια του ύψους του τοίχου, στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης για άκαµπτο τοίχο ύψους 4m και δύο πυκνότητες Γ Π (Γ Π20 και Γ Π25)... σελ. 74 Επίδραση της µεταβολής της δυσκαµψίας του παρεµβλήµατος Γ Π κατά την έννοια του ύψους του τοίχου, στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης για πολύ εύκαµπτο τοίχο ύψους 4m και δύο
-xi- πυκνότητες Γ Π (Γ Π20 και Γ Π25)... σελ. 75 Σχήµα 5-5 Σχήµα 5-6 Σχήµα 5-7 Σχήµα 5-8 Επίδραση της µεταβολής της δυσκαµψίας του παρεµβλήµατος Γ Π κατά την έννοια του ύψους του τοίχου, στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης (περιπτώσεις άκαµπτου και πολύ εύκαµπτου τοίχου ύψους 8m)... σελ. 76 Επίδραση της πυκνότητας του (ορθογωνικού σχήµατος) παρεµβλήµατος Γ Π στην καθ ύψος κατανοµή των ωθήσεων της σεισµικής προσαύξησης για άκαµπτο και πολύ εύκαµπτο τοίχο ύψους 4m (ποσοστιαίο πάχος παρεµβλήµατος t r =10%)... σελ. 77 Επίδραση της ευκαµψίας του τοίχου και της πυκνότητας του Γ Π στη συσχέτιση του πάχους ορθογωνικού παρεµβλήµατος Γ Π και του αντίστοιχου Λόγου Μείωσης της Σεισµικής Προσαύξησης... σελ. 79 Επίδραση της ευκαµψίας του τοίχου στο Λόγο Μείωσης της Σεισµικής Προσαύξησης, r, που επιτυγχάνεται για αυξανόµενες τιµές πάχους ορθογωνικού παρεµβλήµατος Γ Π (περιπτώσεις Γ Π20 και Γ Π25)... σελ. 80 Σχήµα 5-9 Επίδραση του ποσοστιαίου πάχους και πυκνότητας ορθογωνικού παρεµβλήµατος Γ Π και της ευκαµψίας του τοίχου στην προκύπτουσα αποτελεσµατικότητα σεισµικής µόνωσης, A r... σελ. 81 Σχήµα 5-10 Επίδραση του ποσοστιαίου πάχους και πυκνότητας ορθογωνικού παρεµβλήµατος Γ Π και της ευκαµψίας του τοίχου στην προκύπτουσα αποτελεσµατικότητα σεισµικής µόνωσης, A r (περιπτώσεις άκαµπτου και πολύ εύκαµπτου τοίχου)... σελ. 82 Σχήµα 5-11 Επίδραση της ευκαµψίας του τοίχου στο πάχος του ορθογωνικού παρεµβλήµατος Γ Π που απαιτείται για την εξασφάλιση λόγου µείωσης ίσου µε r=0.5 (περίπτωση Γ Π20 και Γ Π25)... σελ. 83 Σχήµα 5-12 Επίδραση της ευκαµψίας του τοίχου και της πυκνότητας ορθογωνικού παρεµβλήµατος Γ Π στις τιµές του κανονικοποιηµένου ύψους εφαρµογής της συνισταµένης δύναµης σεισµικής προσαύξησης... σελ. 85 Σχήµα 5-13 Επίδραση της ευκαµψίας του τοίχου στο κανονικοποιηµένο ύψος εφαρµογής της συνισταµένης δύναµης σεισµικής προσαύξησης (ορθογωνικό παρέµβληµα Γ Π µε πάχος τέτοιο ώστε να επιτυγχάνεται η τιµή r=0.5)... σελ. 86 Σχήµα 5-14 Επίδραση της ευκαµψίας του τοίχου και της ύπαρξης ορθογωνικού παρεµβλήµατος Γ Π (Γ Π20 και Γ Π25) στις τιµές του κανονικοποιηµένου ύψους εφαρµογής της συνισταµένης δύναµης σεισµικής προσαύξησης (περίπτωση πάχους παρεµβλήµατος τέτοιου ώστε να επιτυγχάνεται r=0.5)
-xii-... σελ. 86 Σχήµα 5-15 Επίδραση της συχνότητας της αρµονικής διέγερσης βάσης στην προκύπτουσα αποτελεσµατικότητα σεισµικής µόνωσης, A r, για τις περιπτώσεις άκαµπτου και πολύ εύκαµπτου τοίχου µε ορθογωνικό παρέµβληµα Γ Π20 ποσοστιαίου πάχους t r =10%... σελ. 87
-xiii- ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Πίνακα 2-1 Τιµές του µειωτικού συντελεστή για κάθε τύπο τοίχου αντιστήριξης q w... σελ. 26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Πίνακας 3-1 Οι ιδιότητες της βάσης έδρασης και του τοίχου αντιστήριξης... σελ. 42 Πίνακας 3-2 Πίνακας 3-3 Οι συντελεστές σχετικής ευκαµψίας του τοίχου αντιστήριξης και οι αντίστοιχες τιµές ατένειας και δυσκαµψίας... σελ. 43 Οι συντελεστές σχετικής δυστρεψίας της βάσης έδρασης του τοίχου και οι αντίστοιχες τιµές δυσκαµψίας του στροφικού ελατηρίου... σελ. 44 Πίνακας 3-4 Οι τιµές συχνότητας, f, της κυκλικής συχνότητας, ω, και της περιόδου, T, διέγερσης της βάσης έδρασης... σελ. 45 Πίνακας 3-5 Οι τιµές του β R του εδαφικού υλικού του επιχώµατος για διαφορετικές τιµές της συχνότητας διέγερσης, f, της βάσης έδρασης... σελ. 47 Πίνακας 3-6 Πίνακας 3-7 Οι τιµές των µηχανικών παραµέτρων του υλικού του παρεµβλήµατος Γ Π που χρησιµοποιήθηκαν στις αναλύσεις για τοίχο ύψους 4m... σελ. 48 Οι τιµές των µηχανικών παραµέτρων του υλικού του παρεµβλήµατος Γ Π που χρησιµοποιήθηκαν στις αναλύσεις για τοίχο ύψους 8m... σελ. 49
-xiv- ΣΥΜΒΟΛΙΣΜΟΙ a g (t) a ο B B w C d d θ : χρονικά µεταβαλλόµενη επιτάχυνση της σεισµικής διέγερσης : µέγιστη τιµή της σεισµικής διέγερσης (πλάτος της επιτάχυνσης βάσης έδρασης του τοίχου αντιστήριξης) : µέσο πλάτος του πεπερασµένου στοιχείου : το πλάτος της βάσης του τοίχου αντιστήριξης : µητρώο απόσβεσης : επιτρεπόµενη µετακίνηση έναντι ολίσθησης του τοίχου αντιστήριξης : συντελεστής σχετικής δυστρεψίας της βάσης έδρασης του τοίχου αντιστήριξης d equal : ισοδύναµο πάχος της πλάκας d w D D w : συντελεστής (σχετικής) ευκαµψίας του τοίχου αντιστήριξης : συντελεστής απόσβεσης του υλικού (του εδάφους ή του παρεµβλήµατος Γ Π) : µέγεθος που εκφράζει τη δυσκαµψία του τοίχου αντιστήριξης ανά µονάδα µήκους του f : συχνότητα ταλάντωσης (ή δυναµικής φόρτισης ή σεισµικής διέγερσης ) F f 1 g : διάνυσµα φόρτισης : θεµελιώδης συχνότητα του εδαφικού επιχώµατος : επιτάχυνση της βαρύτητας G h h d h s H : µέτρο διάτµησης του υλικού του επιχώµατος : ύψος εφαρµογής της συνισταµένης ενεργητικής δυναµικής (ή σεισµικής) εδαφικής ώθησης : ύψος εφαρµογής της συνισταµένης ενεργητικής δυναµικής εδαφικής ώθησης (σεισµικής προσαύξησης) (συµβολίζεται, ακόµα, µε h ) : ύψος εφαρµογής της συνισταµένης ενεργητικής στατικής εδαφικής ώθησης : ύψος του τοίχου αντιστήριξης h / H : κανονικοποιηµένο ύψος εφαρµογής της σεισµικής δύναµης = η k : σεισµικός συντελεστής οριζόντιας επιτάχυνσης (συµβολίζεται µε στον ΕΑΚ h 2000) k : σεισµικός συντελεστής κατακόρυφης επιτάχυνσης (συµβολίζεται µε στον ΕΑΚ v K Κ Α 2000) : µητρώο ακαµψίας : συντελεστής στατικών ωθήσεων που προκύπτει κατά Coulomb Κ ΑΕ : συντελεστής ενεργητικών ολικών εδαφικών ωθήσεων a h a v l e : µέσο πλάτος του τριγωνικού στοιχείου
-xv- L R : µήκος του κύµατος Rayleigh L δικτύου : µέγεθος δικτύου m : αριθµός των δυναµικών βηµάτων που απαιτούνται για την ολοκλήρωση της εφαρµογής της δυναµικής φόρτισης m (z) : η µάζα ενός στοιχείου της εδαφικής τριγωνικής σφήνας σε βάθος z κάτω από την κορυφή του τοίχου αντιστήριξης M w : απαιτούµενο βάρος του τοίχου αντιστήριξης M n n c P A : µητρώο µάζας : αριθµός βηµάτων που απαιτούνται για την ολοκλήρωση της δυναµικής φάσης : αριθµός που καθορίζει την πυκνότητα του δικτύου των τριγωνικού σχήµατος πεπερασµένων στοιχείων : στατική συνιστώσα των ενεργητικών εδαφικών ωθήσεων P AE : συνολική (στατική + δυναµική) συνισταµένη ενεργητική δύναµη (ή ώθηση) Q bst : µέγιστη στατική τιµής της τέµνουσας βάσης Q h q w r R int er R θ : συνολική αδρανειακή δύναµη που ασκείται στον τοίχο αντιστήριξης : µειωτικός συντελεστής συµπεριφοράς της κατασκευής εδαφικής αντιστήριξης υπό συνθήκες σεισµικής φόρτισης : λόγος µείωσης της σεισµικής ώθησης (σεισµική προσαύξηση) µε χρήση του παρεµβλήµατος Γ Π, συγκρινόµενη µε την αντίστοιχη τιµή που ισχύει χωρίς το µονωτικό παρέµβληµα : συντελεστής µείωσης της αντοχής της διεπιφάνειας : δυσκαµψία του στροφικού ελατηρίου S T : µέση επιφάνεια του πεπερασµένου στοιχείου : περίοδος της σεισµικής διέγερσης της βάσης έδρασης του τοίχου αντιστήριξης t r : (µέσο) ποσοστιαίο πάχος παρεµβλήµατος Γ Π, % t w u u& u& & V : πάχος τοίχου αντιστήριξης : διάνυσµα µετακίνησης, το οποίο µπορεί να µεταβάλλεται χρονικά : χρονικά εξαρτώµενη ταχύτητα ταλάντωσης : χρονικά εξαρτώµενη επιτάχυνση ταλάντωσης : µέγιστη τιµή της ταχύτητας ταλάντωσης της διέγερσης βάσης V s : ταχύτητα διάδοσης εγκαρσίων κυµάτων στο υλικό του επιχώµατος (συµβολίζεται επίσης µε V s0 ) X & g : επιτάχυνση βάσης έδρασης του τοίχου αντιστήριξης X, X, Y, Y : εξωτερικές διαστάσεις του δικτύου max min max min W W w : βάρος του εδαφικού πρίσµατος : βάρος του τοίχου αντιστήριξης
-xvi- W w : βάρος του τοίχου αντιστήριξης a : γωνία της εδαφικής τριγωνικής σφήνας µε την οριζόντιο (ίση µε α ΑΕ ) a : ανηγµένη σεισµική επιτάχυνση του εδάφους (ΕΑΚ 2000) α ΑΕ : γωνία της βάσης του πρίσµατος ως προς την οριζόντια διεύθυνση (υπό σεισµική φόρτιση) a h : µέση ενεργός οριζόντια επιτάχυνση (ή πλάτος αρµονικής οριζόντιας επιτάχυνσης, συµβολίζεται επίσης µε a 0 ) α h 0 : µέγιστη τιµή της επιτάχυνσης σχεδιασµού του τοίχου αντιστήριξης α h : ελάχιστη ψευδοστατική επιτάχυνση που απαιτείται για να προκληθεί αστάθεια στο c σύστηµα τοίχου-αντιστηριζόµενου εδάφους A r ar a v R : αποτελεσµατικότητα σεισµικής µόνωσης = ο λόγος της µείωσης της σεισµικής προσαύξησης λόγω της παρουσίας του παρεµβλήµατος, προς την τιµή της σεισµικής προσαύξησης χωρίς το παρέµβληµα Γ Π, β : συντελεστές Rayleigh : µέση ενεργός κατακόρυφη επιτάχυνση (ή πλάτος αρµονικής κατακόρυφης επιτάχυνσης) α ( z, t) : επιτάχυνση σε βάθος z κάτω από την κορυφή του τοίχου αντιστήριξης β γ δ δ t : γωνία της επιφάνειας του αντιστηριζόµενου εδάφους µε την οριζόντιο : ειδικό βάρος του εδαφικού υλικού (ή επιχώµατος) : γωνία τριβής στη διεπιφάνεια τοίχου και αντιστηριζόµενου εδάφους : σταθερό χρονικό βήµα που χρησιµοποιείται στο δυναµικό υπολογισµό K AE : συντελεστής ενεργητικών σεισµικών εδαφικών ωθήσεων P AE : δυναµική συνιστώσα (σεισµική προσαύξηση) των ενεργητικών εδαφικών ωθήσεων t t critical E : χρονική διάρκεια της δυναµικής φόρτισης : κρίσιµο χρονικό βήµα : µέτρο ελαστικότητας του εδάφους E Γ Π : µέτρο ελαστικότητας του Γ Π E w E 0 0( σ 3) : µέτρο ελαστικότητας του υλικού του τοίχου αντιστήριξης : µέτρο ελαστικότητας του Γ Π για µικρές παραµορφώσεις και για µηδενική περιβάλλουσα τάση E : µέτρο ελαστικότητας του Γ Π για µικρές παραµορφώσεις για συγκεκριµένη τιµή 0 ( σ3= 0) περιβάλλουσας τάσης E : µέτρο ελαστικότητας του Γ Π για µικρές παραµορφώσεις για µηδενική E av. περιβάλλουσα τάση : µέση τιµή του µέτρου ελαστικότητας του Γ Π
-xvii- E inc. EA EI : µεταβαλλόµενη τιµή (καθ ύψος) του µέτρου ελαστικότητας του Γ Π : ατένεια στοιχείου πλακών (ή δοκών) : δυσκαµψία στοιχείου πλακών (ή δοκών) E w A : ατένεια του τοίχου αντιστήριξης E w I : δυσκαµψία του τοίχου αντιστήριξης η : κανονικοποιηµένο ύψος από τη βάση του τοίχου = h / H θ λ : γωνία της παρειάς του τοίχου ως προς την κατακόρυφο : µήκος κύµατος κατακορύφως διαδιδόµενου διατµητικού κύµατος µ w : µάζα ανά µονάδα επιφάνειας του τοίχου αντιστήριξης ν : λόγος Poisson ν Γ Π : λόγος Poisson του Γ Π ν w ν 0 ρ σ 0 σ 3 : λόγος Poisson του υλικού του τοίχου αντιστήριξης : λόγος Poisson του Γ Π για µικρές παραµορφώσεις : πυκνότητα του υλικού (του εδάφους ή του παρεµβλήµατος Γ Π) : µέση περιβάλλουσα τάση : περιβάλλουσα τάση σ c10 : θλιπτική αντοχή του Γ Π(ή αντοχή ανεµπόδιστης θλίψης) για αξονική παραµόρφωση ίση µε 10% (kpa) σ eq : δυναµική συνιστώσα (ή σεισµική προσαύξηση) των ενεργητικών εδφικών ωθήσεων) σ st (η) : δυναµική συνιστώσα των εδαφικών ωθήσεων φ φ b ω ω 1 : γωνία εσωτερικής τριβής του εδάφους : γωνία τριβής µεταξύ της βάσης του τοίχου αντιστήριξης και του εδάφους θεµελίωσης : κυκλική συχνότητα της αρµονικής διέγερσης της βάσης έδρασης του τοίχου αντιστήριξης και της βάσης του επιχώµατος : θεµελιώδης ιδιοσυχνότητα του αντιστηριζόµενου εδάφους
-1- ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι κατασκευές εδαφικής αντιστήριξης αποτελούν µια κατηγορία σηµαντικών έργων υποδοµής του Πολιτικού Μηχανικού (Bray 2003). Οι κατασκευές αυτές χρησιµοποιούνται για τη µόνιµη ή προσωρινή συγκράτηση εδαφικών µαζών µε έντονα κεκλιµένη ή κατακόρυφη ελεύθερη επιφάνεια, στις οποίες δεν είναι δυνατή η επίτευξη συνθηκών ευστάθειας διαµέσου της διατµητικής αντοχής του ίδιου του εδαφικού υλικού. Οι κατασκευές µόνιµης εδαφικής αντιστήριξης περιλαµβάνουν κυρίως τους τοίχους οπλισµένου σκυροδέµατος τύπου βαρύτητας ή προβόλου, Σχ. 1-1. Σε πολλά έργα υποδοµής οι τοίχοι εδαφικής αντιστήριξης λειτουργούν και ως στοιχεία του φέροντος οργανισµού όπως συµβαίνει στην περίπτωση των ακροβάθρων γεφυρών, τοιχωµάτων υπογείων δεξαµενών και των τοίχων υπογείων ορόφων Σχ. 1-1 (Ouyang et al. 1991, Richards et al. 1996). Στην τελευταία αυτή περίπτωση δεν είναι δυνατή η ελεύθερη µετακίνηση της κορυφής του τοίχου. Σε περιοχές µε έντονη σεισµική δραστηριότητα κατά το σχεδιασµό και διαστασιολόγηση των κατασκευών εδαφικής αντιστήριξης είναι απαραίτητη η θεώρηση εκτός των στατικών ωθήσεων και των σεισµικών ωθήσεων (σεισµική προσαύξηση) που αναµένεται να αναπτυχθούν κατά τη διάρκεια ζωής της κατασκευής. Το µέγεθος των σεισµικών αυτών ωθήσεων αυξάνεται σηµαντικά όσο αυξάνονται οι σεισµικές δράσεις σχεδιασµού και είναι δυνατόν η σεισµική προσαύξηση να είναι ίση ή και πολύ µεγαλύτερη της στατικής εδαφικής ώθησης. Είναι φανερό εποµένως ότι το κόστος των κατασκευών εδαφικής αντιστήριξης αυξάνεται όσο αυξάνεται η σεισµική δράση σχεδιασµού και εποµένως θα ήταν ιδιαίτερα επιθυµητή η ανάπτυξη συστηµάτων ή κατασκευαστικών διαδικασιών για τη µείωση των σεισµικών εδαφικών ωθήσεων (σεισµική µόνωση) που αναπτύσσονται για δεδοµένη σεισµική δράση σχεδιασµού. Εξυπακούεται, φυσικά ότι η πρακτική χρησιµότητα ενός συστήµατος σεισµικής µόνωσης κατασκευών αντιστήριξης εξαρτάται από το κόστος του συστήµατος µόνωσης σε σχέση µε το οικονοµικό
-2- (α) (β) (γ) (δ) Σχήµα 1-1 Τυπικές κατηγορίες τοίχων αντιστήριξης α) Τοίχος βαρύτητας β) Τοίχος πρόβολος γ) Ακρόβαθρο γέφυρας δ) Τοίχωµα υπογείου
-3- όφελος που προκύπτει από τη διαστασιολόγηση της κατασκευής έναντι των µειωµένων σεισµικών δράσεων. Η πρακτική χρησιµότητα της ανάπτυξης συστηµάτων σεισµικής µόνωσης των κατασκευών εδαφικής αντιστήριξης προκύπτει επίσης από τη διαπίστωση ότι σηµαντικό ποσοστό των σεισµικών βλαβών που παρατηρούνται κατά την εκδήλωση ισχυρών σεισµών οφείλονται στην αστοχία κατασκευών εδαφικής αντιστήριξης και ακροβάθρων γεφυρών. Θα πρέπει επίσης να σηµειωθεί ότι εντατική έρευνα διεξάγεται για την αποτίµηση της σεισµικής αντοχής υφιστάµενων ακροβάθρων γεφυρών ενώ αναπτύσσονται νέες µέθοδοι για τον αντισεισµικό σχεδιασµό νέων ακροβάθρων γεφυρών (Ouyang et al. 1991, Richards et al. 1996). Αντικείµενο της παρούσας ιατριβής αποτελεί η διερεύνηση της δυνατότητας µείωσης των σεισµικών ωθήσεων που ασκούνται σε τοίχους αντιστήριξης από οπλισµένο σκυρόδεµα µε την τοποθέτηση παρεµβλήµατος Γεωαφρού ιογκωµένης Πολυστερίνης (Γ Π) µεταξύ του τοίχου και του αντιστηριζόµενου εδαφικού υλικού, όπως φαίνεται στο Σχ. 1-2. Κίνητρο για τη διεξαγωγή της έρευνας αποτέλεσαν τα ενθαρρυντικά αποτελέσµατα προκαταρκτικών αριθµητικών αναλύσεων σχετικά µε την αποτελεσµατικότητα της συγκεκριµένης µεθόδου σεισµικής µόνωσης (Pelekis et al. 2000, Ξενάκη κ.α. 2001α, β). Σύµφωνα µε τα αποτελέσµατα αυτά είναι δυνατή η δραστική µείωση των σεισµικών εδαφικών ωθήσεων (της σεισµικής προσαύξησης) µε τη χρήση παρεµβλήµατος Γ Π µικρής πυκνότητας (10 έως 20kg/m 3 ) και µικρού σχετικά πάχους (περί το 5% του ύψους του τοίχου αντιστήριξης). Στην παρούσα έρευνα χρησιµοποιείται η Μέθοδος Πεπερασµένων Στοιχείων για την προσοµοίωση τοίχων αντιστήριξης µεταβαλλόµενης δυσκαµψίας εδραζόµενων σε ανυποχώρητη βάση. Η συµπεριφορά του συγκρατούµενου επιχώµατος και του παρεµβλήµατος Γ Π θεωρείται ως ιξωδοελαστική ενώ η επιβαλλόµενη διέγερση έχει τη µορφή αρµονικής οριζόντιας κίνησης της βάσης. Οι παραµετρικές διερευνήσεις αφορούν κυρίως την επίδραση της δυσκαµψίας του τοίχου, του πάχους και της πυκνότητας του παρεµβλήµατος Γ Π και του σχήµατός του παρεµβλήµατος στην αποτελεσµατικότητα της επιτυγχανόµενης σεισµικής µόνωσης καθώς και στη θέση εφαρµογής της συνισταµένης δύναµης ώθησης. Με σκοπό τη διερεύνηση της αξιοπιστίας της µεθόδου της αριθµητικής ανάλυσης διεξάγονται επίσης παραµετρικές αναλύσεις σχετικά µε την επίδραση του ύψους του τοίχου, της έντασης της διέγερσης βάσης και του µεγέθους του δικτύου πεπερασµένων στοιχείων στη σεισµική απόκριση του συστήµατος τοίχου επιχώµατος.