Ευρωκώδικας -8 (ΕΝ 998) Αντισεισμικός Σχεδιασμός Φερουσών Κατασκευών Μέρος : Σεισμικές Δράσεις Γεώργιος. Μπουκοβάλας Καθηγητής. M. Π. Αχιλλέας Γ. Παπαδημητρίου Λέκτορας Παν. Θεσσαλίας Τρίπολη - 6//
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ.. Βασικές Αρχές. Επίδραση Εδάφους στις Σεισμικές ράσεις 3. Επίδραση Τοπογραφία στις Σεισμικές ράσεις 4. Σχολιασμός 5. Ελληνική Βιβλιογραφία
. ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ Θεμελιώδεις απαιτήσεις, του σχεδιασμού και της κατασκευής κτηρίων: - Μη-κατάρρευση, για το σεισμό σχεδιασμού (π.χ. Τ επ =475 έτη) - Περιορισμός ζημιών, για συνήθη σεισμό (π.χ. Τ επ =95 έτη) - Λειτουργικότητα υποδομών σημαντικών για την πολιτική προστασία εν αφορά ειδικές κατασκευές (π.χ. πυρηνικά εργοστάσια, θαλάσσιες κατασκευές, μεγάλα φράγματα) Συμπληρωματικός των υπολοίπων Ευρωκωδίκων για σεισμογενείς περιοχές της Ευρώπης (όπως η Ελλάδα) Συνοδεύεται από Εθνικό Προσάρτημα, όπου ορίζονται διάφορες τοπικού χαρακτήρα θέματα (π.χ. περίοδος επαναφοράς σεισμού σχεδιασμού, ζώνες σεισμικής επικινδυνότητας και τιμές επιτάχυνσης σχεδιασμού) ΤΟΠΙΚΗ διαφοροποίηση της σεισμικής δόνησης επίδραση εδάφους = + επίδραση τοπογραφίας Συχνά, η επίδραση ολίγων μέτρων μαλακού εδάφους ή κάποιων δεκάδων μέτρων πρανούς είναι μεγαλύτερη από την επίδραση ολίγων χιλιομέτρων του στερεού φλοιού. 3
. ΕΠΙ ΡΑΣΗ Ε ΑΦΟΥΣ στις Σεισμικές ράσεις o o o o Ορισμοί Παραδείγματα από πραγματικούς σεισμούς Μηχανισμός εδαφικής επίδρασης ιατάξεις -8 Γ Α σεισμικό υπόβαθρο «βράχος» Β Η επίδραση(«ενίσχυση») του εδάφους εκφράζεται ως ο λόγος (ή το φάσμα) μεταφοράς της σεισμικής κίνησης, από το σεισμικό υπόβαθρο στην ελεύθερη επιφάνεια του εδάφους Δηλαδή: ή (συνηθέστερα) κίνηση στο σημείο Α κίνηση στο σημείο Β κίνηση στο σημείο Α κίνηση στο σημείο Γ 4
Παράδειγμα: Σεισμός an Francisco 957 μέγιστη σεισμική επιτάχυνση a max (ελαστική) φασματική επιτάχυνση a (T) διαφορετικές ανά θέση καταγραφής ενίσχυση της a max = (.5 έως.g)/.g =.5 έως. ενισχύσεις: a (π.χ.t=.5s) =.7g/.8g =., a (π.χ.t=.s) =.5g/.4g =.4 Παράδειγμα: Σεισμός an Francisco 989 75 cm/sec Καταγραφή σε αναδυόμενο ΒΡΑΧΟ 7 cm/sec Καταγραφή στην επιφάνεια τεχνητών επιχώσεων επί αργιλικού πυθμένα (ay mud) ενίσχυση της a max = (7cm/s ) / (75cm/s )=.3 5
εδαφική «ενίσχυση» ήαπομείωση; σεισμός 989 Ιδιότητα του εδάφους ήκαιτουσεισμού; σεισμός 957. 3..4.5 T = 4H V Παράδειγμα: Σεισμός Mexico 985 γεωλογία πάχος εδάφους Τυπικές καταγραφές σε ΕΔΑΦΟΣ & ΒΡΑΧΟ Ενίσχυση της a max = 3/35 = 3.7, της a (για Τ=s) =.7/. = 7 6
Παράδειγμα: Σεισμός Kobe 995 «ενίσχυση» a max =.3g/.8g =.4 Παράδειγμα: Σεισμός της Αθήνας 999 7 «ενίσχυση» a max =.9g/.6g = 3.
N Παράδειγμα: Σεισμός της Αθήνας 999 ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΔΟΝΗΣΗΣ ΣΕ ΔΥΣΤΜΗΤΑ ΕΔΑΦΗ του Δήμου Άνω Λιοσίων Μικρές ή καθόλου ζημιές Σημαντικές ζημιές ή κατάρρευση Μέτριες ζημιές N Παράδειγμα: Δήμος Άνω Λιοσίων: κατά μήκος τομή Β-Ν (%) buildings (%)ofκτιρίων 75 N Β Ν 5 5 Βάθος PTH (m)(m) Σεισμός της Αθήνας 999 36 763 3 3 3 3 Vs (m/sec) H5 4 6 Γεώτρηση orehole HT HT _ Vs,3 =697 m/sec _ Vs,3 =63 Vs,3 =545_ V =496 Vs,3 =5 s,3 8 Αργιλική Μάργα Κροκαλοπαγή 8
(%) of buildings PTH (m) 75 5 5 4 6 8 - αναλύσεις για τον σεισμό της Αθήνας N HT- 36 763 Vs (m/sec) orehole HT _ Vs,3 =697 m/sec _ Vs,3 =63 H-5 3 3 3 3 ag/ab H5 _ Vs,3 =545 Vs,3 =5 Vs,3 =496.5.5.5 a (g) 5 4 3 H-5 HT-.. PRIO (sec) MK FYL PR (%) of buildings PTH (m) 75 5 5 4 6 8 - αναλύσεις για τους σεισμούς Northridge & Αιγίου N HT- 36 763 orehole HT _ Vs,3 =697 m/sec ag/ab a (g).5.5 Για τον σεισμό της Αθήνας Vs (m/sec) _ Vs,3 =63 H-5 3 3 3 3 H5 _ Vs,3 =545 Vs,3 =5 Vs,3 =496 9.5.8.6.4. H-5 HT- PK-W PK-N IGIO H-5.. PRIO (sec)
Μερικά (πρώτα) συμπεράσματα : o Τι σημαίνει «εδαφική επίδραση» ; ενίσχυση ή απομείωση o Παράγοντες που την διαμορφώνουν έδαφος & διέγερση o o Αφορά μόνον τη μέγιστη επιτάχ. a max ή και το ελαστικό φάσμα απόκρισης a ; Εύρος διακύμανσης και τα δύο για a max =.4 3.7 (συνήθως.6.) για a εξαρτάται από Τ και κυμαίνεται από.4 έως 7.! (συνήθως έως 3.5) Μηχανισμός επίδρασης του ΕΔΑΦΟΥΣ
ΜονοβάθμιοςΤαλαντωτήςμεδιέγερσηστηνβάση: Εξίσωση δυναμικής ισορροπίας M Y&& + X& + KX = Y = X + U M X& + X& + KX = MU& για αρμονική διέγερση: U iωt = UOe U& και τελικώς: MX&& με = Ω U + X& + KX = F e O F O = Ω MU O O e iωt iωt Υπενθύμιση: [e iωt = cosωt + i sin Ωt] Ενίσχυση ή απομείωση της σεισμικής διέγερσης ; Y = Y U = Y& = U& Y&& U& Ω/ω = Τ εδ. / T διεγ. Μικρή μεταβολή για σκληρά εδάφη με ιδιοπερίοδο Τ εδ. Εδαφική ενίσχυση για εδάφη με ιδιοπερίοδο Τ εδ. =.5 έως.3 Τ διεγ. Εδαφική απομείωση για μαλακά εδάφη με Τ εδ. >.3 Τ διεγ.
Επίδραση εδάφους και ΕΑΚ π.χ. Κατηγορία Β: Εντόνως αποσαθρωμένα βραχώδη ή εδάφη που από μηχανική άποψη μπορούν να εξομοιωθούν με κοκκώδη. Στρώσεις κοκκώδους υλικού μέσης πυκνότητας (και) πάχους μεγαλύτερου των 5μ, ή μεγάλης πυκνότητας (και) πάχους μεγαλύτερου των 7μ. Επίδραση εδάφους και -8 ΠΟΣΟΤΙΚΟΣ προσδιορισμός των κατηγοριών εδάφους, συναρτήσει του πάχους της εδαφικής στρώσης, των φυσικών χαρακτηριστικών της (π.χ. άμμος-άργιλος) και των μηχανικών ιδιοτήτων : α) της ταχύτητας διάδοσης των διατμητικών κυμάτων στα πρώτα 3m N στρώσεις πάχους h i και ταχύτητας διάδοσης V i (στα πρώτα 3m) β) της μέσης τιμής του N PT ή της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής u ΔΙΑΦΟΡΟΠΟΙΗΣΗ των σεισμικών δράσεων ΚΑΙ για την a max, μέσω του συντελεστή εδάφους =.4 (για Μ > 5.5) και =.8 (για Μ < 5.5) ΔΙΑΤΗΡΗΣΗ της λογικής συντελεστών διόρθωσης για το κτήριο, ως προς: τη σπουδαιότητά του: γ Ι (συντ. σπουδαιότητας).8 την ιξώδη απόσβεση που εμφανίζει κατά την ταλάντωση: η.55 την ανελαστική συμπεριφορά του: q (συντ. συμπεριφοράς)
Εδαφικές συνθήκες ναγκαιότητα γεωτεχνικών ερευνών για την «κατηγοριοποίηση» του εδάφους, ανάλογα και με την σημαντικότητα του κτηρίου Tο έδαφος που φέρει ή στηρίζει την κατασκευή, θα πρέπει να μην κινδυνεύει από εδαφική διάρρηξη, αστάθεια πρανούς ή μόνιμες καθιζήσεις που οφείλονται σε ρευστοποίηση ή συνίζηση λόγω σεισμού Πέντε (5) Κατηγορίες Εδάφους (Α, Β,,, ): Φάσματα Σχεδιασμού Δύο () Κατηγορίες Εδάφους ( & ): ειδικές μελέτες για τον καθορισμό των σεισμικών δράσεων Σεισμικές δράσεις ανάλογα με τη ζώνη σεισμικής επικινδυνότητας (Εθνικό Προσάρτημα), ορίζεται η σεισμική επιτάχυνση στην επιφάνεια κατηγορίας εδάφους Α («βράχος») για το σεισμό σχεδιασμού (μη-κατάρρευση): a gr με βάση την κατηγορία εδάφους, τη σπουδαιότητα του κτηρίου, το συντελεστή απόσβεσης του κτηρίου, ορίζονται: Οριζόντιο ελαστικό φάσμα απόκρισης σχεδιασμού e (T) Κατακόρυφο ελαστικό φάσμα απόκρισης σχεδιασμού ve (T) Σεισμικές δράσεις: ΦΑΣΜΑΤΑ ΕΛΑΣΤΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ Το Οριζόντιο ελαστικό φάσμα απόκρισης σχεδιασμού e (T) ορίζεται ως: όπου: a g = γ Ι a gr, η επιτάχυνση σχεδιασμού για έδαφος Α και σπουδαιότητα γ Ι = συντελεστής εδάφους η = συντελεστής απόσβεσης κτηρίου Οριζόντιο φάσμα μετατοπίσεων: 3
Το Κατακόρυφο ελαστικό φάσμα απόκρισης ve (T) ορίζεται ως: ve /a vg 3η όπου: a vg =.9γ Ι a gr, η μέγιστη κατακόρυφη σεισμική επιτάχυνση (Μ > 5.5) η = συντελεστής απόσβεσης κτηρίου Τ Β =.5sec, T =.5sec, T =.sec Οριζόντια μετατόπιση εδάφους σχεδιασμού: Περιγραφή Παράμετροι M>5.5 M<5.5 M>5.5 T M<5.5 M>5.5 T M<5.5 Βράχος ή βραχώδης σχηματισμός, που περιλαμβάνει έως 5m ασθενέστερου επιφανειακού γεωϋλικού V s,3 > 8m/s N PT (-) u (-)...5.35.4..35.5.8.6.5.5...5.5.5...5.4.5.6.8.5.5.5.5.3.5 5 Μ > 5.5 4 e / a g 3 4.5.5 T (s)
Περιγραφή Παράμετροι M>5.5 M<5.5 M>5.5 T M<5.5 M>5.5 T M<5.5....35.5.5.5.5.4.5.5.5 Αποθέσεις πολύ πυκνής άμμου, χαλίκων ή πολύ στιφρής αργίλου, πάχους τουλάχιστον μερικών δεκάδων μέτρων, που χαρακτηρίζονται από βαθμιαία αύξηση, με το βάθος, των μηχανικών χαρακτηριστικών V s,3 =36-8m/s N PT > 5 u > 5kPa.5.35.4 5 4.5.8.6...5...5.6.8.5 Μ > 5.5.5.3.5 e / a g 3.5.5 T (s) Περιγραφή Παράμετροι M>5.5 M<5.5 M>5.5 T M<5.5 M>5.5 T M<5.5....35.5.5.5.5.4.5.5.5.5.5...6.5.35.4.8.6..5..5.8.5.3.5 Βαθιές αποθέσεις άμμου ή/και χαλίκων υψηλής ή μέσης πυκνότητας ή στιφρής αργίλου, πάχους από μερικές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες μέτρων V s,3 =8-36m/s N PT =5-5 u =7-5kPa e / a g 5 4 3 Μ > 5.5 5.5.5 T (s)
Περιγραφή Παράμετροι M>5.5 M<5.5 M>5.5 T M<5.5 M>5.5 T M<5.5....35.5.5.5.5.4.5.5.5.5.35.5.8.....6.8.5.3.4 5.6.5.5.5 Μ > 5.5.5 Αποθέσεις μη συνεκτικού εδάφους (ανεξαρτήτως συνεκτικών ενστρώσεων) μικρής έως μέσης πυκνότητας ή μαλακού έως μέσου συνεκτικού εδάφους V s,3 < 8m/s N PT < 5 u < 7kPa e / a g 4 3.5.5 T (s) Περιγραφή Παράμετροι M>5.5 M<5.5 M>5.5 T M<5.5 M>5.5 T M<5.5....35.5.5.5.5.4.5.5.5.5.35.5.8.....6.8.5.3.4.6.5.5.5.5 5 Μ > 5.5 4 3 Εδαφική αλλουβιακή στρώση με τιμές V s της κατηγορίας ή και πάχος που κυμαίνεται μεταξύ 5 έως m, που επικάθεται δύστμητης στρώσης με V s > 8m/s [ το έδαφος: V s < 36m/s N PT < 5 u < 5kPa ] 6 e / a g.5.5 T (s)
Περιγραφή Παράμετροι M>5.5 M<5.5 M>5.5 T M<5.5 M>5.5 T M<5.5....35.5.5.5.5.4.5.5.5.5.5...6.5.35.4.8.6..5..5.8.5.3.5 Βαθιές αποθέσεις άμμου ή/και χαλίκων υψηλής ή μέσης πυκνότητας ή στιφρής αργίλου, πάχους από μερικές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες μέτρων V s,3 =8-36m/s N PT =5-5 u =7-5kPa e / a g 5 4 3 Μ < 5.5.5.5 T (s) Σεισμικώς Προβληματικές Περιοχές Κατηγορία Εδάφους Αποθέσεις που αποτελούνται ή εμπεριέχουν μια στρώση τουλάχιστον m μαλακής αργίλου ή ιλύος με υψηλό δείκτη πλασιμότητας (PI > 4%) και υψηλό ποσοστό υγρασίας (ενδεικτικά, V s,3 < m/s και u = kpa) Κατηγορία Εδάφους Αποθέσεις ρευστοποιήσιμων εδαφών, ήευαίσθητωναργίλων, ήόποιου άλλου εδαφικού προφίλ δεν εντάσσεται στις Κατηγορίες Α έως Ε ή χρειάζονται ειδικές μελέτες για τον ορισμό των σεισμικών δράσεων ειδικότερα για την κατηγορία θα πρέπει να εξετασθεί η πιθανότητα αστοχίας του εδάφους υπό τη σεισμική φόρτιση 7
Συντελεστής Σπουδαιότητας Κτηρίου γ Ι 4 κατηγορίες σπουδαιότητας κτηρίων Ι: Κτήρια μικρής σπουδαιότητας (π.χ. κατασκευές αγροτικής χρήσης) ΙΙ: Συνήθη κτήρια ΙΙΙ: Κτήρια υψηλής σπουδαιότητας (π.χ. σχολεία, χώροι συνάθροισης) IV: Κτήρια πολύ υψηλής σπουδαιότητας (π.χ. νοσοκομεία, πυροσβεστικοί σταθμοί, μονάδες παραγωγής ενέργειας) γ Ι =., για την κατηγορία ΙΙ και το σεισμό σχεδιασμού («προτεινόμενος σεισμός σχεδιασμού»: : % πιθανότητα υπέρβασης στα επόμενα 5 έτη, δηλ. με περίοδο επαναφοράς 475 έτη) ο συντελεστής γ Ι αυξάνει με την κατηγορία κτηρίου και την περίοδο επαναφοράς του σεισμού σχεδιασμού «προτεινόμενες» τιμές γ Ι :.8,.,. και.4, για τον «προτεινόμενο» σεισμό σχεδιασμού Σεισμικές δράσεις: ΦΑΣΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ H μη-γραμμική σεισμική συμπεριφορά των κτηρίων επιτρέπει το σχεδιασμό έναντι σεισμικών δράσεων μικρότερων εκείνων που αντιστοιχούν στη γραμμική ελαστική ανάλυση Για την αποφυγή χρήσης μη-γραμμικών αναλύσεων, η ικανότητα της κατασκευής να αποσβένει ενέργεια μέσω της πλασιμότητας λαμβάνεται υπόψη εμμέσως μέσω ελαστικής ανάλυσης με βάση ένα φάσμα σχεδιασμού απομειωμένο σε σχέση με το ελαστικό μέσω του συντελεστή συμπεριφοράς q O συντελεστής q αποτελεί εκτίμηση του λόγου των σεισμικών δυνάμεων που δέχεται ένα κτήριο με συμπεριφορά ελαστική και ιξώδη απόσβεση 5% προς τις σεισμικές δυνάμεις που αν υποστεί ένα κτήριο με ελαστική συμπεριφορά θα έχει «ικανοποιητική απόκριση» (σε σχέση με τις απαιτήσεις σχεδιασμού: π.χ. μη-κατάρρευση για το σεισμό σχεδιασμού) 8
Α. Το Οριζόντιο φάσμα σχεδιασμού d (T) ορίζεται ως: d /a g.5/q /3 όπου: a g = γ Ι a gr, η επιτάχυνση σχεδιασμού για έδαφος Α και σπουδαιότητα γ Ι = συντελεστής εδάφους η = συντελεστής απόσβεσης κτηρίου q = συντελεστής συμπεριφοράς ( ) β = συντελεστής ελάχιστης αποδεκτής φασματικής επιτάχυνσης (Εθνικό Προσάρτημα, «προτεινόμενη» τιμή β=.) Β. Το Κατακόρυφο φάσμα σχεδιασμού ορίζεται όπως εκείνο για την οριζόντια διεύθυνση d (T), ΑΛΛΑ: με χρήση της επιτάχυνσης a vg =.9a g στη θέση της a g (για Μ > 5.5) = Κατηγορίες Εδάφους, η, β όπως για το οριζόντιο φάσμα σχεδιασμού d q = συντελεστής συμπεριφοράς (= =.5), εκτός ειδικής μελέτης Γ. Η οριζόντια δράση θεωρείται η ίδια στις οριζόντιες και κάθετες μεταξύ τους διευθύνσεις και δίδεται από τον ίδιο d (T) Δ. Είναι δυνατή η χρήση χρονοϊστορίων επιτάχυνσης στην ανάλυση κατασκευών. Επιπλέον, μπορεί να εισαχθεί χρονική και χωρική διαφοροποίηση της σεισμικής διέγερσης για συγκεκριμένες κατασκευές Ε. Για σημαντικές κατασκευές (γ Ι > ), θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η τοπογραφική επιδείνωση του σεισμικής ταλάντωσης (Ενημερωτικό Παράρτημα Α ΕΝ998 998-5) 9
3. ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑΣ στις Σεισμικές ράσεις o o o o Ορισμοί Παραδείγματα από πραγματικούς σεισμούς Μηχανισμός τοπογραφικής επίδρασης ιατάξεις -8 Γ Α Α Β Η επίδραση(«ενίσχυση») της τοπογραφίας εκφράζεται ως ο λόγος (ή το φάσμα) μεταφοράς της σεισμικής κίνησης, από την ελεύθερη επιφάνεια του εδάφους στην στέψη του πρανούς, δηλαδή: ή κίνηση στο σημείο Α κίνηση στο σημείο Β (ή Α ) κίνηση στο σημείο Α κίνηση στο σημείο Γ
Τοπογραφίες λόφου ή «λοφο-σειράς» Λόγος Φασμάτων Fourier αναλύσεις για διαφορετικούς σεισμούς εύρος από καταγραφές σεισμών σεισμικό δίκτυο ( κορυφή ) ( βάση ) ΣΟΥΡΠΗΣ Τοπογραφία λόφου.3-3. N. -.8 ΕW.8 -. Ζ ενίσχυση και της Z!! Τοπογραφίες λόφου ή «λοφο-σειράς» θέση IT είδος ite classification according to 8 8 3 H V υψηλός λόφος IVIT Isolated cliff..75 +46% r (T).4 +7%.5.3 +8% ltino astellaro ivita Mt. Titano λόφος LTINO Isolated cliff..3 +8%. +%. +% 3 Period (s) MT. TITNO TLLRO με i>3 o Ridge with crest width significantly less then the base width and average slope angle < 3 «λόφο- Ridge with crest width significantly σειρά» less then the base width and average slope angle > 3 «λόφοσειρά» με i<3 o.4..58 +3%.5 +4%.8-6%.9-9% ασαφής (και μικρή) επίδραση συχνότητας μέσο.3-6%.8 +7% a max,3 = a max, (Paolucci )
Τοπογραφίες μονοκλινούς πρανούς... RIOMX Συγκέντρωση βλαβών στην δυτική όχθη του ρέματος ΧΕΛΙΔΟΝΟΥΣ και στις ΑΔΑΜΕΣ κατά τον σεισμό της Αθήνας (999) Τομή a-a Σεισμός Αθήνας Hotel KLI 35 m 6o V s,3 =38 m/sec (NHRP ) Τοπογραφία πρανούς 4o ection a-a thanasopoulos et al. () Αδάμες < 3m ites, ite 3 Τομή b-b 4 m V s,3 =37 49 m/sec (NHRP ) μεγαλύτερη κλίση 3o ection b-b Gazetas Kallou et et al. al. ()
Τοπογραφία πρανούς (a)-/(a)- (a)-/(a)- 3.5.5.5 3.5.5 ection Τομή α-α a-a ection Τομή b-b.5.. PRIO (sec) Συντελεστής «τοπογραφικής επιδείνωσης» ως προς Δ Δ -8 μακριά από το πρανές a-a:.6.75 b-b:.9.75 Κλίση Ενίσχυση Δ Μερικά (πρώτα) συμπεράσματα : Α. Ο συντελεστήςτοπογραφικής επιδείνωσης.6 -.75 Β. Παράγοντες που τον διαμορφώνουν Γ. Αφορά μόνον την μέγιστη επιτάχυνση ή και το ελαστικό φάσμα απόκρισης; - γεωμετρία αναγλύφου (είδος, κλίση) - εδαφικές συνθήκες - συχνότητα σεισμού a max (& a ) Δ. Δημιουργεί παρασιτική κατακόρυφη συνιστώσα 3
Μηχανισμοί τοπογραφικής επιδείνωσης: Σε κάθε σημείο της ελεύθερης επιφάνειας συμβάλλουν τέσσερα κύματα: ένα κατακόρυφα μεταδιδόμενο V, ένα ανακλώμενο V και ένα ανακλώμενο P, και τέλος ένα επιφανειακό κύμα Rayleigh. Τα κύματα αυτά έχουν διαφορετικές ταχύτητες μετάδοσης και διαφορετικά μήκη διαδρομής και επομένως η άφιξη τους γίνεται σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Ως αποτέλεσμα αυτών, μπορεί να προκύψει τόσο αύξηση όσο και μείωση της εδαφικής κίνησης, ανά θέση! H Rayleigh κύμα Rayleigh wave i P refl V refl i-9 o Rayleigh κύμα wave Rayleigh Επιπλέον, τα τρία τελευταία κύματα έχουν και κατακόρυφη συνιστώσα. προσπίπτον incoming κύμα V wave V προσπίπτον incoming κύμα V wave V προσπίπτον incoming κύμα V wave V προσπίπτον incoming V κύμα wave V -8: Συντελεστής Τοπογραφικής Επιδείνωσης T. (i) O T δεν εξαρτάται από τη συχνότητα και χρησιμοποιείται μόνο για σημα- ντικές κατασκευές (γ Ι > ) πολλαπλασιάζοντας το φάσμα απόκρισης e (T) (ii) και θα χρησιμοποιείται για -Δ λόφους, πρανή και λοφο-σειρές με H > 3m. T =. για κλίσεις i < 5 o & ειδική μελέτη για μη-κανονικές γεωμετρίες (α) Απομονωμένοι λόφοι & πρανή: T. πλησίον της κορυφής (β) «Λοφο-σειρά» με στέψη << ύψος: T. πλησίον της κορυφής, για i < 3 o T.4 πλησίον της κορυφής, για i > 3 o (γ) αν υπάρχει μαλακή επιφανειακή στρώση (> 5m): αύξηση των ανωτέρω T κατά % (δ) γραμμική μείωση του T με το βάθος: T.3 Σε αναλύσεις ευστάθειας ευστάθειας: T >. για επιφανειακές αστοχίες T =. 4 για βαθιές αστοχίες
4. ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ -8 o o Σχόλια επί των διατάξεων για την Εδαφική Επίδραση Σχόλια επί των διατάξεων για την επίδραση της τοπογραφίας - Αναλύσεις Σεισμικής Απόκρισης του Εδάφους ιέγερση Υποβάθρου a b b max max,, a a b b,, T e e Απόκριση Εδάφους a gr gr max max,, a a gr gr,, T e e Έδαφος, V H Υπόβαθρο, V b 5
πάνω από 6 αναλύσεις για.. Παράμετρος a b max (g) T e (s) n V b (m) V s,3 (m/s) H s (m) M < 5.5.. (step.5)..5 (step.5) 3 6 (step ) 8 & 8 (step ) 8 (step ) M > 5.5..5 (step.)..4 (step.) 4 8 (step ) 8 & 8 (step ) 8 (step ) Reference: ouckovalas, G.. and Papadimitriou.G. (3) Multi-variable relations for soil effects on seismic ground motion, arthquake ngineering and tructural ynamics, 3(), pp. 867-896 Εδαφικοί Συντελεστές Κατηγορίες Εδάφους 8 Επίδραση V,3 8 7 Vb=8m/s V b =8 m/s 8 7 Vb=m/s V b = m/s 6 6 V s,3 (m/s) Vs,3 (m/sec) 5 4 Vs,3 (m/sec) 5 4 3 3 3 4 5 6 7 8 H (m) (M > 5.5) 3 4 5 6 7 8 H (m).8.7 8.6 V b =8m/s.5 V b =m/s.4 verage.3...9 6
V,3 V b V,3 V V,3 < V 3 m V V b έδαφος υπόβαθρο V έδαφος V έδαφος V b τι τι είναι είναι η V,3,3 καιτισχέσηέχειμετην V b υπόβαθρο υπόβαθρο μέση μέση ταχύτητα μετάδοσης του του σεισμικού κύματος στο στο έδαφος V ; Εδαφικοί Συντελεστές Κατηγορίες Εδάφους 8 Επίδραση V 8 7 Vb=8m/s V b =8 m/s 8 7 Vb=m/s V b = m/s 6 6 Vs,el V (m/sec) (m/s) 5 4 Vs,el (m/sec) 5 4 3 3 3 4 5 6 7 8 H (m) (M > 5.5).8.7.6.5.4.3...9 3 4 5 6 7 8 H (m) 8 V b =8m/s V b =m/s verage 7
Πρόταση για νέες κατηγορίες εδάφους 8 7 Vb=8m/s V b =8 m/s 8 7 Vb=m/s V b = m/s 6 6 V (m/s) Vs,el (m/sec) 5 4 Vs,el (m/sec) 5 4 3 3 3 4 5 6 7 8 H (m) 3 4 5 6 7 8 H (m) (M > 5.5).8.7.6.5.4.3...9 8 uggested V b =8m/s V b =m/s verage Συμβατές Εδαφικές Κατηγορίες & Συντελεστές ().5-8 G.. et al M>5.5 8 7 V s (m/s) 6 5 4 3 3 4 5 6 7 8 H (m).5.5-8 G.. et al M<5.5 8.5
άρα...... Οι διατάξεις του -8 για την εδαφική επίδραση στις σεισμικές δράσεις είναι αρκετά.. λογική, αλλά Η υιοθέτηση του V, 3 φαίνεται... ατυχής! Προτείνεται αντικατάσταση με την μέση V του εδάφους (πάνω από το υπόβαθρο) Χρειάζεται τουλάχιστον μία ακόμη κατηγορία εδάφους (μεταξύ των & του -8) Μερικοί Εδαφικοί Συντελεστές () και Α.Ε.Φ.Σ. θα πρέπει να διορθωθούν για λόγους συμβατότητας με τις (όλο και πιο συχνά πραγματοποιούμενες) -Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης Ειδικές έρευνες & μελέτες για πολύ «μαλακά» εδάφη (π.χ. T elastic >..5 s) ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ: ΜΟΝΟΚΛΙΝΕΣ ΠΡΑΝΕΣ γεωγραφικές περιβάλλουσες ht vt h =a h /a h,ff. h,max.h h -.5.5 v =a v /a h,ff.3v v,max.5 v. -.5.5 (-) (+) distance, x(km) (-) (+) distance, x(km) 4 παράμετροι: i, Η/λ, ξ, Ν 9 ιξωδο-ελαστικές αναλύσεις 9 ouckovalas & Papadimitriou (5)
ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ ΑΝΑΓΛΥΦΟΥ: ΜΟΝΟΚΛΙΝΕΣ ΠΡΑΝΕΣ H F G h h λ =+,max h /H h H = F G h λ h ( I) H ( ξ) J ( N) h h () I H ( ξ) J ( N) h h H F G v v λ =,max v /H v H = F G v λ v ( I) H ( ξ) J ( N) v v () I H () ξ J ( N) v v F (H/ λ ).5 F v F h.5 F h = F v.5.5 αδιάστατο ύψος Η/λ 3 G(i) 4 3 G h = G v G h G v 3 6 9 κλίση i( o ) 3 H ( ξ ) H h H v H v J( N) J h J v H h 5 5 J J h v 4 8 απόσβεση ξ(%) 4 παράμετροι: i, Η/λ, ξ, Ν αριθμός κύκλων Ν ouckovalas & Papadimitriou (5) OUKOVL T L (999) ΓΙΑΤΟΣΕΙΣΜΟΤΟΥΑΙΓΙΟΥ(995) Διαφορετική τοπογραφική επιδείνωση για κάθε σημείο και για κάθε περίοδο T str Απομείωση τοπογραφικής επιδείνωσης με την απόσταση από το πρανές, ανεξαρτήτως περιόδου Tstr 3 Μεγαλύτερη ενίσχυση στις μικρές περιόδους (π.χ Τstr <.4sec Τe )
ΙMKI T L (5) ΓΙΑ ΤΟ ΣΕΙΣΜΟ ΤΗΣ ΑΘΗΝΑΣ (999) λ/5 H=4m I = 3 o Μεγαλύτερη ενίσχυση στις μικρές περιόδους (π.χ Τstr<. sec ) Tstr (sec) Ενίσχυση κατά: 6% της PG 3% της περιοχής σημαντικών περιόδων για εκάστοτε κατηγορία εδάφους (T T T ) % για Τstr sec Tstr (sec) Tstr (sec) Μεταγενέστερα (6) Ενίσχυση κατά: 4% της PG % της περιοχής σημαντικών περιόδων για εκάστοτε κατηγορία εδάφους (T T T ) % για Τstr sec άρα...... Οι διατάξεις του -8 για την τοπογραφική επίδραση στις σεισμικές δράσεις είναι ένα βήμα προόδου (σε σχέση με τον ΕΑΚ), αλλά Ηύπαρξηπαρασιτικής κατακόρυφης κίνησης δε μπορεί να αγνοηθεί! Προτείνεται εισαγωγή και ου συντελεστή vt Η αναφορά σε περιοχή «πλησίον της κορυφής» είναι ασαφής! Προτείνεται εισαγωγή γεωγραφικής απομείωσης των συντελεστών με την απόσταση από το πρανές Η θεώρηση σταθερής τιμής του συντελεστή για όλο το φάσμα σχεδιασμού, με έμφαση στην ενίσχυση της μέγιστης επιτάχυνσης, είναι υπερ-συντηρητική! Προτείνεται εισαγωγή φασματικών συντελεστών Ηχρήσητιμών =.4 είναι υπερ-απλουστευτική! Προτείνεται περαιτέρω διακριτοποίηση στις τιμές, λαμβάνοντας υπόψη εδαφικές συνθήκες, κλίση, ύψος 3
5. ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Mπουκοβάλας Γ. Δ., Παπαδημητρίου Α. Γ. (5), "Παραμετρικές σχέσεις υπολογισμού της εδαφικής ενίσχυσης. Ι. Μέγιστη σεισμική επιτάχυνση και ταχύτητα", Τεχνικά Χρονικά, Επιστημονικές Εκδόσεις Τ.Ε.Ε., 5(), 9 -, Ιαν - Απρ Mπουκοβάλας Γ. Δ., Παπαδημητρίου Α. Γ. (5), "Παραμετρικές σχέσεις υπολογισμού της εδαφικής ενίσχυσης. ΙΙ. Ελαστικά φάσματα απόκρισης", Τεχνικά Χρονικά, Επιστημονικές Εκδόσεις Τ.Ε.Ε., 5(), 3-36, Ιαν - Απρ Μπουκοβάλας Γ. Δ., Παπαδημητρίου. Γ., Βασδέκης Σ., Βουρβαχάκης Θ., Δρανδάκης., Σοφιανού I. (6), "Προσεγγιστικές σχέσεις επίδρασης τοπογραφίας στη σεισμική εδαφική κίνηση", Πρακτικά, 5 ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής και Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, Μάϊος www.georgebouckovalas.com apapad.users.uth.gr Το Το άρθρο που ακολουθεί (πρόκειταινα να παρουσιασθείστο στο επερχόμενο 6 ο ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής Μηχανικής) παρουσιάζειμε με περισσότερη λεπτομέρειατον τον σχολιασμό των διατάξεωντου του -8 που αφορούν στην εδαφική επίδραση 3
Συμβατότητα των Σεισμικών Δράσεων Σχεδιασμού του -8 με τη Θεωρία Μετάδοσης Σεισμικών Κυμάτων ompatibility of -8 eismic esign ctions with eismic Wave Propagation Theory ΜΠΟΥΚΟΒΑΛΑΣ, Γ. Δ. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, Ε.Μ.Π. ΠΑΠΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥ, Α. Π. Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Λέκτορας, Π.Θ. ΚΑΡΑΜΗΤΡΟΣ, Δ. Πολιτικός Μηχανικός, Μ.Δ.Ε., Υποψ. Διδάκτορας Ε.Μ.Π. ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Γίνεται κριτική αξιολόγηση των διατάξεων του -8, σχετικά με την επίδραση του εδάφους στις σεισμικές δράσεις σχεδιασμού, με αναφορά σε αποτελέσματα παραμετρικών αναλύσεων βασισμένων στην θεωρία Δ κυματικής διάδοσης. Εντοπίζονται και προτείνονται συγκεκριμένες, ποσοτικού κυρίως χαρακτήρα τροποποιήσεις του -8 οι οποίες αφορούν στην κατηγοριοποίηση του εδάφους, στους συντελεστές εδαφικής, καθώς και στα ελαστικά φάσματα σχεδιασμού. Οι εν λόγω τροποποιήσεις δεν διαφοροποιούν την βασική φιλοσοφία του κανονισμού, αλλά αποκαθιστούν την συμβατότητα του με τις συνήθεις αριθμητικές αναλύσεις που χρησιμοποιούνται εναλλακτικά στην πράξη. TRT : The -8 provisions for soil effects on seismic actions are critically evaluated from the point of view of seismic wave propagation theory. y comparing the code provisions to the theoretical estimates, a number of easy to implement and mostly quantitative potential modifications of -8 are identified that refer to the ground type categorization, the soil amplification factors and the horizontal elastic response spectra specified by the code. These modifications do not alter the basic line of thought of the code, but enhance the compatibility between its provisions and commonly performed numerical analyses of seismic soil response.. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Εν περιλήψει, ο -8 διαχωρίζει τα εδάφη σε επτά (7) κατηγορίες, οι πέντε εκ των οποίων (,,, και ) έχουν προδιαγεγραμμένες σεισμικές δράσεις ενώ οι υπόλοιπες δύο ( and ) απαιτούν την εκτέλεση ειδικών γεωτεχνικών μελετών. Οι πρώτες πέντε (5) κατηγορίες εδάφους επιλέγονται με βάση την στρωματογραφία, το πάχος των πρόσφατων αποθέσεων H και την αντίστοιχη μέση τιμή κρούσεων N PT, την αστράγγιστη διατμητική αντοχή c u και την μέση ταχύτητα διάδοσης σεισμικών κυμάτων V,3 στα πρώτα 3m του εδάφους. Στην πράξη, η επιλογή της εδαφικής κατηγορίας βασίζεται κυρίως στο πάχος H και στην μέση ταχύτητα V,3, παρά το γεγονός ότι η τιμή της δεύτερης παραμέτρου υπολογίζεται ανεξάρτητα από την ύπαρξη ή μη βραχώδους υποβάθρου εντός των επιφανειακών 3m βάθους. Για κάθε κατηγορία εδάφους, προσδιορίζονται ακολούθως ένας «Εδαφικός συντελεστής» (), ο οποίος τροποποιεί την «Εδαφική Επιτάχυνση Σχεδιασμού» (a g ) σε σχέση με την τιμή αναφοράς για βραχώδεις θέσεις (κατηγορία Α), και ένα ανηγμένο ελαστικό φάσμα απόκρισης e (T), όπου T υποδηλώνει την ιδιοπερίοδο του δομήματος. Οι εδαφικοί συντελεστές και τα ανηγμένα ελαστικά φάσματα σχεδιασμού (αναφερόμενα ως NR ακολούθως) κάθε κατηγορίας εδάφους είναι διαφορετικά για περιοχές υψηλής και χαμηλής σεισμικότητας, και χαρακτηρίζονται ως σεισμικές δράσεις «Type» και «Type» για Μ>5.5 και Μ<5.5 αντίστοιχα. Η ανωτέρω αποτίμηση της τοπικής εδαφικής επίδρασης είναι σαφώς προσεγγι- 33
στική, αλλά αρκετά λογική δεδομένου ότι λαμβάνει άμεσα ή έμμεσα υπόψη δύο βασικούς παράγοντες οι οποίοι είναι γνωστό ότι ελέγχουν την σεισμική απόκριση του εδάφους: τα γεωτεχνικά χαρακτηριστικά της κάθε θέσης (μέσω των H και V,3 ) και τα χαρακτηριστικά της σεισμικής διέγερσης (μέσω του μεγέθους M). Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η χρήση της μη-γραμμικής ιδιοπεριόδου της θέσης T s, της δεσπόζουσας περιόδου της διέγερσης T e και της κορυφαίας σεισμικής επιτάχυνσης a max (ή/και ταχύτητας v max ) θα ήταν πλέον ακριβής για τον προσδιορισμό των σεισμικών δράσεων. Οι παράμετροι αυτές όμως, δεν είναι συνήθως διαθέσιμες στον κοινό χρήστη του κανονισμού, και επομένως η υιοθέτηση τους θα είχε τελικώς αρνητικά αποτελέσματα. Για τους ανωτέρω λόγους, θεωρήθηκε σκόπιμο να μην τροποποιηθεί επί του παρόντος η βασική φιλοσοφία του -8 αλλά να αναζητηθούν οι ελάχιστες δυνατές ποσοτικές τροποποιήσεις οι οποίες θα βελτιώσουν την συμβατότητα του με ευρέως αποδεκτές θεωρητικές προσεγγίσεις οι οποίες χρησιμοποιούνται εναλλακτικά στην πράξη. Με αυτό τον στόχο, πραγματοποιήθηκε ένας σημαντικός αριθμός παραμετρικών αναλύσεων προκειμένου να διερευνηθεί κατά πόσον: (α) οι κατηγορίες εδάφους του -8 καλύπτουν επαρκώς και μονοσήμαντα όλες τις συνήθεις εδαφικές συνθήκες, και (β) οι συντελεστές εδάφους και τα NR του -8 είναι συμβατά με τις αντίστοιχες κατηγορίες εδάφους και τα αντίστοιχα επίπεδα σεισμικότητας.. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ Οι παραμετρικές αναλύσεις σεισμικής απόκρισης του εδάφους πραγματοποιήθηκαν με την βοήθεια των πολύ-παραμετρικών σχέσεων των ouckovalas & Papadimitriou (3). Οι σχέσεις αυτές βασίζονται στα θεωρητικά πρότυπα της Δ (κατακόρυφης) μετάδοσης σεισμικών κυμάτων σε ομοιόμορφο ιξωδοελαστικό στρώμα εδάφους επί ελαστικού υποβάθρου, και έχουν βαθμονομηθεί έναντι αποτελεσμάτων αριθμητικών αναλύσεων με την ισοδύναμη γραμμική μέθοδο (hake 9, Idriss and un 99), με τυπική απόκλιση ±6%. Η χρήση τους, αντί για τις πραγματικές μη γραμμικές αναλύσεις, επελέγη εδώ για καθαρά πρακτικούς λόγους, μια και με αυτό τον τρόπο κατέστη δυνατή η διεξοδική διερεύνηση όλων των βασικών παραμέτρων του προβλήματος, με άνω των συνδυασμών εδάφους-υποβάθρου-διέγερσης. Προς απάντηση των ερωτήσεων (α) και (β) που ετέθησαν στην εισαγωγή, οι διατάξεις του -8 χρειάσθηκε να επαναπροσδιορισθούν συναρτήσει των παραμέτρων που εισάγονται στις ανωτέρω σχέσεις υπολογισμού. Συγκεκριμένα, οι εν λόγω σχέσεις βασίζονται στον ορισμό της ιδιοπεριόδου ελαστικής στήλης εδάφους T s,o και, κατ επέκταση, στην μέση ταχύτητα σεισμικών κυμάτων V,Η έως το βάθος H του βραχώδους υποβάθρου. Έτσι, προέκυψε η ανάγκη συσχέτισης της μέσης ταχύτητας V,Η με την μέση ταχύτητα V,3 που χρησιμοποιεί ο -8. Θεωρώντας ότι η ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων στο υπόβαθρο είναι V b, ενώ η μεταβολή της V με το βάθος z(m) εκφράζεται ως V = V,3 (z/3) a, η ζητούμενη σχέση μεταξύ V,Η και V,3 προκύπτει τελικώς ως: V,H H ; H < 3m 3 3 H = V,3 V b H a V,3 ; H 3m 3 () Στις αναλύσεις, η τιμή του V b μεταβλήθηκε από 8m/s έως m/s με την λογική ότι η ύπαρξη σεισμικού υποβάθρου από σκληρό βράχο, με V b >> m/s, αποτελεί ένα μάλλον ακραίο ενδεχόμενο. Πίνακας : Παράμετροι «ισχυρής» (Μ>5.5) και «ασθενούς» (Μ<5.5) σεισμικής διέγερσης Table : Quantification of weak (M < 5.5) and strong (M > 5.5) seismic excitation Parameter M < 5.5 M > 5.5 a b max (g)....5 T e (s)..5..4 n 3 6 4 8 Πέραν τούτου, ελήφθη υπόψη ότι ο -8 διαφοροποιεί τους εδαφικούς συντελεστές και τα ανηγμένα φάσματα NR ανάλογα με την ένταση M της σεισμικής διέγερσης (Type : M > 5.5 and Type : M < 5.5). Για τον λόγο αυτό, οι σεισμικές διεγέρσεις που χρησιμοποιήθηκαν στις παραμετρικές αναλύσεις διακρίθηκαν επίσης σε «ισχυρές» και «ασθενείς» με αναφορά (Πίνακας ): α) στην μέγιστη σεισμική επιτάχυνση της σεισμικής διέγερσης a b max, β) στην αντίστοιχη δεσπόζουσα περίοδο 34
T e και γ) στον αριθμό σημαντικών κύκλων φόρτισης n. Οι παραμετρικές αναλύσεις επικεντρώθηκαν αρχικά στην μεταβολή του εδαφικού συντελεστή συναρτήσει των H και V,3 ή ισοδύναμα των H και V,Η, τόσο για «ισχυρές» όσο και για «ασθενείς» σεισμικές διεγέρσεις. Ακολούθως, η διερεύνηση επεκτάθηκε στην αντίστοιχη μεταβολή των ανηγμένων φασμάτων NR για τις διάφορες κατηγορίες εδάφους και σεισμικής διέγερσης. Με δεδομένη την μεταβολή του εδαφικού συντελεστή, το σκέλος αυτό της παραμετρικής διερεύνησης επικεντρώθηκε στον φασματικό συντελεστή εδαφικής ενίσχυσης a * ο οποίος ορίζεται ως (Εξ. α): NR for Ground Types,,,, * = a NR for Ground Type κατά -8, και ως (Εξ. β): NR εδαφικής επιφάνειας * = a NR σεισμικής διέγερσης σύμφωνα με τα αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων. 8 Vb=8m/s 8 Vb=8m/s 7 7 6 6 Vs,3 (m/sec) 5 4 Vs,3 (m/sec) 5 4 3 3 3 4 5 6 7 8 (α) H (m) 3 4 5 6 7 8 Σχήμα Κατηγορίες εδάφους κατά -8 και εδαφικοί συντελεστές από Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης για V b = 8m/s: Επίδραση των H και V s,3, α) για Μ>5.5 (Type ), και β) για Μ<5.5 (Type ) Figure Ground type categorization on the basis of -8, as a function of H and V s,3, and contours of average soil factor variation from - analyses with V b = 8m/s: a) for M>5.5 (Type ), and b) for M<5.5 (Type ) H (m) (β).8.7.6.5.4.3...9 (α) 8 V b =8m/s V b =m/s verage.8.7.6.5.4.3...9 (β) Σχήμα Σύγκριση των εδαφικών συντελεστών του -8 με αποτελέσματα από Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης για V b =8m/s και m/s, α) για Μ>5.5 (Type ), και β) για Μ<5.5 (Type ) Figure oil factors per ground type on the basis of -8 versus respective range of variation from all - analyses, with V b =8m/s and m/s: a) for M>5.5 (Type ), and b) for M<5.5 (Type ) 35
3. ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΤΑΧΥΝΣΗ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 3. Συγκριτική Αξιολόγηση -8 Στο Σχήμα παρουσιάζονται contours των τιμών του εδαφικού συντελεστή που προέκυψε από τις αναλύσεις για ισχυρή και ασθενή σεισμική διέγερση, συναρτήσει του πάχους των εδαφικών αποθέσεων H και της μέσης ταχύτητας διατμητικών κυμάτων V,3. Παράλληλα, και για λόγους σύγκρισης, στο ίδιο σχήμα παρατίθενται οι κατηγορίες εδάφους του -8, με μία αναγκαία παραδοχή: η έκφραση several tens of meters που χρησιμοποιείται στον -8 κατά τον ορισμό των κατηγοριών εδάφους, και εξελήφθη ως βάθος μεγαλύτερο από 3m. Η παρουσίαση των αναλύσεων αφορά στην συνηθέστερη περίπτωση μαλακού βραχώδους υποβάθρου με V b = 8m/s. Αντίστοιχες αναλύσεις έχουν πραγματοποιηθεί και για την περίπτωση σκληρού σεισμικού υποβάθρου με V b = m/s, με παρόμοια αποτελέσματα τα οποία δεν παρουσιάζονται εδώ προς εξοικονόμηση χώρου. Επιπλέον, δεν παρουσιάζονται αποτελέσματα αναλύσεων με Η>8m, κρίνοντας ότι θέσεις με τόσο μεγάλο πάχος εδαφικών αποθέσεων θα πρέπει να αποτελούν αντικείμενων ειδικών γεωτεχνικών ερευνών. Περαιτέρω, στο Σχήμα παρουσιάζεται το εύρος μεταβολής (μέση τιμή ± τυπική απόκλιση) των τιμών του που προέκυψαν από τις αναλύσεις για κάθε κατηγορία εδάφους, για V b = 8m/s και m/s, συγκριτικά προς τις αντίστοιχες τιμές του -8. Εστιάζοντας αρχικά στα Σχήματα α και α, που αφορούν σε ισχυρές σεισμικές διεγέρσεις με M > 5.5 (Type ), παρατηρείται ότι: Ο ορισμός των κατηγοριών εδάφους του -8 δεν είναι πλήρης, δεδομένου ότι θέσεις με V,3 > 36 m/s και H = 5 3m, καθώς και θέσεις με V,3 < 36 m/s και H = 3m δεν ανήκουν σε καμμία από τις κατηγορίες του κανονισμού. Οι τιμές του εδαφικού συντελεστή που προέκυψαν από τις αναλύσεις για κατηγορία εδάφους του -8 είναι αισθητά μεγαλύτερες από την τιμή =. του κανονισμού. Εκτός από την κατηγορία εδάφους, οι εδαφικοί συντελεστές του -8 δεν συμφωνούν με τις αναλυτικές προβλέψεις. Η πλέον αξιοπρόσεκτη διαφορά εντοπίζεται στην κατηγορία εδάφους (deep and soft soil sites) όπου προτείνεται =.35, σε σύγκριση με τις τιμές των αναλύσεων που κυμαίνονται μεταξύ.95 και.. Αντίστοιχες είναι και οι παρατηρήσεις στα Σχήματα β και β, για ασθενείς διεγέρσεις (M < 5.5, Type ), μόνον που τώρα οι διαφορές στις τιμές του είναι μεγαλύτερες και αφορούν πρακτικά όλες τις κατηγορίες εδάφους. 3. Προτεινόμενες Τροποποιήσεις Ως ο βήμα για την βελτίωση των ανωτέρω συγκρίσεων, η μέση ταχύτητα V,3 στα πρώτα 3m εδάφους (και σεισμικού υποβάθρου) μπορεί να αντικατασταθεί στον -8 με την μέση ταχύτητα V,Η των εδαφικών αποθέσεων. Οι νέες συγκρίσεις, μετά από αυτή την αλλαγή, παρουσιάζονται στα Σχήματα 3 και 4. Παρατηρείται ότι οι νέες τιμές του για κατηγορία εδάφους κυμαίνονται μεταξύ.85 και.3, έχει βελτιωθεί δηλαδή η συμφωνία με την τιμή =. που προβλέπει ο κανονισμός. Ως ο βήμα, οι κατηγορίες εδάφους του 8 μπορεί να επανα-προσδιορισθούν ως ακολούθως: Η κατηγορία εδάφους να περιλάβει θέσεις με πάχος Η έως και 3m. Η κατηγορία εδάφους να κατατμηθεί σε δύο υπό κατηγορίες ως ακολούθως: : V,Η > 36 m/s & H < 5m : V,Η = 36m/s & H < 5m, ή V,Η > 36 m/s & H = 5 3m Οι νέες συγκρίσεις μεταξύ των αναλύσεων και του (τροποποιημένου) -8 παρουσιάζονται στα Σχήματα 5 και 6. Παρατηρείται ότι τώρα η κατηγορία Α αντιστοιχεί πραγματικά σε συνθήκες βραχώδους υποβάθρου, με =. ±.5. Πέραν τούτου, οι τιμές του για την νέα κατηγορία είναι πρακτικά ομοιόμορφες και συγκρίσιμες με τις τιμές για τις προυπάρχουσες κατηγορίες. Τέλος, ως 3 ο βήμα, οι τιμές του μπορεί να επανα-προσδιρισθούν όπως φαίνεται στον Πίνακα. Πίνακας : Προτεινόμενoι συντελεστές εδάφους Table : Proposed soil factors Ground oil Factor Type M > 5.5 M < 5.5 average.....3.5.3.3.3.5.5.5.5...35.35.35 36
8 Vb=8m/s 8 Vb=8m/s 7 7 6 6 V Vs,el s,h (m/s) (m/sec) 5 4 Vs,el (m/sec) 5 4 3 3 3 4 5 6 7 8 (α) H (m) 3 4 5 6 7 8 Σχήμα 3 Κατηγορίες εδάφους κατά -8 και εδαφικοί συντελεστές από Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης για V b = 8m/s: Επίδραση των H και V s,h, α) για Μ>5.5 (Type ), και β) για Μ<5.5 (Type ) Figure 3 Ground type categorization on the basis of -8, as a function of H and V s,h, and contours of average soil factor variation from - analyses with V b = 8m/s: a) for M>5.5 (Type ), and b) for M<5.5 (Type ) H (m) (β).8.7.6.5.4.3...9 (α) 8 V b =8m/s V b =m/s verage.8.7.6.5.4.3...9 (β) Σχήμα 4 Σύγκριση των εδαφικών συντελεστών του -8 με αποτελέσματα από Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης για V b =8m/s και m/s, μετά την αντικατάσταση της V s,3 με την V,H, α) για Μ>5.5 (Type ), και β) για Μ<5.5 (Type ) Figure 4 oil factors per ground type on the basis of -8 versus respective range of variation from all - analyses, with V b =8m/s and m/s, following the replacement of V s,3 with V,H, a) for M>5.5 (Type ), and b) for M<5.5 (Type ) Όπως ήταν αναμενόμενο, οι συντελεστές για ασθενείς διεγέρσεις (M < 5.5, Type ) είναι εν γένει μεγαλύτεροι από τους αντίστοιχους συντε-λεστές για ισχυρές δονήσεις (M > 5.5, Type ). Οι διαφορές όμως δεν είναι τόσο σημαντικές όσο στον -8, και επομένως θα μπορούσε κάλλιστα να υιοθετηθεί μία ενιαία ομάδα μέσων τιμών, ανεξαρτήτως μεγέθους σεισμικής διέγερσης. Κατ αυτό τον τρόπο, απλουστεύονται οι διατάξεις του κανονισμού χωρίς ουσιαστική επιβάρυνση στην ακρίβεια υπολογισμού των σεισμικών δράσεων. 4. ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΕΔΑΦΟΥΣ ΣΤΑ ΦΑΣΜΑΤΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 4. Συγκριτική Αξιολόγηση -8 Τα Σχήματα 7α & 7β συνοψίζουν την σύγκριση μεταξύ των θεωρητικών προβλέψεων και των διατάξεων του -8 σχετικά με τα ανηγμένα ελαστικά φάσματα σχεδιασμού NR, για ισχυρές (Μ>5.5) και για ασθενείς (Μ<5.5) σεισμικές διεγέρσεις αντίστοιχα. Η σύγκριση 37
8 Vb=8m/s 8 Vb=8m/s 7 7 6 6 Vs,el V s,h (m/sec) (m/s) 5 4 Vs,el (m/sec) 5 4 3 3 3 4 5 6 7 8 H (m) (α) 3 4 5 6 7 8 H (m) Σχήμα 5 Προτεινόμενες κατηγορίες εδάφους και εδαφικοί συντελεστές από Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης για V b = 8m/s: Επίδραση των H και V s,h, α) για Μ>5.5 (Type ), και β) για Μ<5.5 (Type ) Figure 5 Proposed ground type categorization and contours of average soil factor variation from - analyses with V b = 8m/s, as a function of H and V s,h,: a) for M>5.5 (Type ), and b) for M<5.5 (Type ) (β).8.7.6.5.4.3...9 (α) 8 uggested V b =8m/s V b =m/s verage.8.7.6.5.4.3...9 (β) Σχήμα 6 Σύγκριση των εδαφικών συντελεστών του -8 με αποτελέσματα από Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης για V b =8m/s και m/s, μετά την αντικατάσταση της V s,3 με την V,H και την αντικατάσταση της κατηγορίας Α με τις Α και Α, α) για Μ>5.5 (Type ), και β) για Μ<5.5 (Type ) Figure 6 oil factors per ground type on the basis of -8 versus respective range of variation from all - analyses, with V b =8m/s and m/s, following the replacement of V s,3 with V,H and the division of Ground Type into Ground Types and, a) for M>5.5 (Type ), and b) for M<5.5 (Type ) εστιάζεται στους φασματικούς συντελεστές εδαφικής ενίσχυσης a * που ορίσθηκαν προηγουμένως (Εξ. και ), για τις διάφορες κατηγορίες εδάφους. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων παρουσιάζονται ως σκιασμένη ζώνη, που ορίζεται από τις καμπύλες της μέσης τιμής ± τυπική απόκλιση. Κατ αρχή, είναι αξιοσημείωτη η διαφορά στο σχήμα των καμπυλών που προκύπτουν αναλυτικά και από τον Ε-8. Η διαφορά αυτή όμως οφείλεται εν πολλοίς στη εξομάλυνση των φασμάτων σχεδιασμού του κανονισμού και είναι δύσκολο να εξαλειφθεί χωρίς να περιπλέξει άνευ ουσιαστικού λόγου τις σχετικές διατάξεις του. 4. Προτεινόμενες Τροποποιήσεις Κατ επέκταση της ανωτέρω κριτικής, έγινε ακολούθως προσπάθεια καλύτερης προσαρ- 38
.5 - Type (M > 5.5).5 - Type (M > 5.5).5 - Type (M < 5.5).5 - Type (M < 5.5) sa *.5.5 sa *.5.5.5.5.5.5 sa *.5.5 T (s).5.5.5.5 T (s).5 - Type (M > 5.5) - Type (M > 5.5) omputed Range.5 sa *.5.5 T (s).5.5.5 - Type (M < 5.5) - Type (M < 5.5) omputed Range.5.5 T (s).5.5.5.5 T (s).5.5.5 T (s).5-8 (proposed) -8 (present).5.5 T (s).5.5.5 T (s).5.5 - Type (M > 5.5) - Type (M > 5.5).5.5 - Type (M < 5.5) - Type (M < 5.5) sa *.5.5 sa *.5.5-8.5 (present) -8 (proposed).5.5 T (s) (α).5.5.5 T (s).5.5.5 T (s) (β).5.5.5 T (s) Σχήμα 7 Σύγκριση φασματικών συντελεστών εδαφικής ενίσχυσης a * από τις Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης και κατά τον -8, α) για Μ>5.5 (Type ) και β) για Μ<5.5 (Type ). Figure 7 Normalized spectral amplification ratios a * from - analyses and comparison to the standing and proposed modified -8 for: a) Type (M > 5.5), b) Type (M < 5.5) 39
μογής των NR του Ε-8 προς τα αποτελέσματα των αναλύσεων, χωρίς τροποποίηση της βασικής τους μορφής. Για τον σκοπό αυτό, διατηρήθηκε το φάσμα της σεισμικής διέγερσης, για την κατηγορία εδάφους Α, και τροποποιήθηκαν τα φάσματα των υπολοίπων κατηγοριών μέσω των χαρακτηριστικών τους περιόδων T και T. Οι νέες τιμές των T και T συνοψίζονται στον Πίνακα 3, ενώ οι αντίστοιχες καμπύλες φασματικής ενίσχυσης έχουν σχεδιασθεί με έντονη (bold) γραμμή στα Σχήματα 7α & 7β. Πίνακας 3: Προτεινόμενες τιμές φασματικών περιόδων T και T Table 3: Proposed spectral periods T and T Ground Type M > 5.5 (Type ) M < 5.5 (Type ) T (s) T (s) T (s) T (s) &.4.5.5.3.5.6.5.4.6.4.5.3 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Τα κύρια συμπεράσματα που προκύπτουν από την προηγούμενη συγκριτική παρουσίαση διατάξεων του -8 και αποτελεσμάτων παραμετρικών αναλύσεων, σχετικά με την επίδραση του εδάφους στις σεισμικές δράσεις σχεδιασμού είναι τα ακόλουθα: Η γενική φιλοσοφία των διατάξεων του - 8 (ορισμός ποσοτικών κριτηρίων για τις κατηγορίες εδάφους, εισαγωγή εδαφικού συντελεστή, εξάρτηση των σεισμικών δράσεων από το μέγεθος της σεισμικής διέγερσης) είναι σύμφωνη με τις βασικές αρχές της Δ μη γραμμικής κυματικής θεώρησης. Ο ορισμός των κατηγοριών εδάφους δεν είναι πλήρης, δεδομένου ότι θέσεις με V,3 > 36 m/s και H = 5 3m, ή θέσεις με V,3 < 36 m/s και H = 3m δεν συγκαταλέγονται σε κάποια από τις υφιστάμενες κατηγορίες του κανονισμού. Η χρήση της μέσης ταχύτητας V,3 ως δείκτη κατηγοριοποίησης του εδάφους δεν είναι εν γένει συμβατός με την Δ θεώρηση μετάδοσης σεισμικών κυμάτων. Η εναλλακτική χρήση της μέσης ταχύτητας V,Η για όλο το πάχος Η των εδαφικών αποθέσεων είναι θεωρητικά ενδεδειγμένη και βελτιώνει την ακρίβεια των διατάξεων του κανονισμού. Οι εδαφικοί συντελεστές του -8 υπόεκτιμούν τις σεισμικές δράσεις για τις δύστμητες κατηγορίες εδάφους και. Αντίθετα είναι υπερβολικά συντηρητικές για την εύ-τμητη κατηγορία εδάφους, καθώς και για τις κατηγορίες και σε περιοχές χαμηλής σεισμικότητας (M < 5.5). Τα ανηγμένα ελαστικά φάσματα σχεδισμού (NR) του κανονισμού είναι εν γένει συντηρητικά για περιοχές υψηλής σεισμικότητας (M > 5.5) ενώ αντίθετα υπο-εκτιμούν τις σεισμικές δράσεις για περιοχές χαμηλής σεισμικότητας (M < 5.5). Κατ επέκταση των ανωτέρω, προκύπτει σαφώς η ανάγκη επεμβάσεων στον κανονισμό, προκειμένου οι διατάξεις του να αποκτήσουν συμβατότητα προς τις μη-γραμμικές αριθμητικές αναλύσεις σεισμικής απόκρισης του εδάφους που εναλλακτικά εφαρμόζονται στην πράξη. Οι τροποποιήσεις που προτείνονται στο άρθρο συμβάλλουν αποτελεσματικά προς αυτή την κατεύθυνση και μπορεί εύκολα να υιοθετηθούν (π.χ. στο Εθνικό Παράρτημα) χωρίς να τροποποιηθεί η συνολική φιλοσοφία και δομή του κανονισμού. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ouckovalas, G.. and Papadimitriou.G. (3) Multi-variable relations for soil effects on seismic ground motion, arthquake ngineering and tructural ynamics, 3(), pp. 867-896 ouckovalas, G.., Papadimitriou.G., Karamitros. K. (6) ompatibility of -8 ground types and site effects with seismic wave propagation theory, Proceedings, T- Workshop, thens, Jan - (found online at: www.georgebouckovalas.com) Idriss, I.M., and un, J.I. (99) hake9: computer program for conducting equivalent linear seismic response analysis of horizontally layered soil deposits, User s Guide, enter for Geotechnical Modeling, ivil ngineering epartment, U avis Papadimitriou. G., ntoniou Α.., ouckovalas G.., Marinos P. G. (8), "Methodology for automated GI-aided seismic microzonation studies", omputers and Geotechnics, 35(4): 55-53 4