Αντιστηρίξεις για την προσθήκη υπογείων χώρων σε διατηρητέα κτίρια

Αντιστηρίξεις για την προσθήκη υπογείων χώρων σε διατηρητέα κτίρια Retaining structures for the addition of underground spaces in maintaining buildings Σπ. Παπασπύρου, ρ. Πολιτικός Μηχανικός Γ. Κρικέλας, Πολιτικός Μηχανικός MSc ΠΕΡΙΛΗΨΗ : Η αντιστήριξη κατακόρυφου πετάσµατος σιδηροπασσάλων µε µεταλλικές αντηρίδες αποτελεί την ταχύτερη και οικονοµικότερη εναλλακτική λύση αντί της αγκύρωσης σε περιπτώσεις στενών οικοπέδων καθώς και σε περιπτώσεις όπου τα αγκύρια κρίνονται ακατάλληλα. Υπάρχουν τρόποι τοποθέτησης των αντηρίδων, ώστε να µην εµποδίζουν τις εργασίες, ενώ οι µετακινήσεις του πετάσµατος ελέγχονται καλύτερα. ABSTRACT : Vertically sheet of steel piles can be supported by steel buttresses instead of using ancoring. This method proved to be rapidly and more economically during construction works, specially in case of small building sites or when ancors are not indicated. There are methods and places where beams and buttresses may be performed without obstructing the excavation works. The displacements of the sheet of piles are better controlled by using a direct rigid retainment., 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Υπάρχει ένας συνδυασµός περιπτώσεων εξασφάλιση ορισµένου αριθµού θέσεων στάθµευσης, αστικά οικόπεδα σε συνεχές σύστηµα, κατασκευή δύο ή τριών υπογείων ο οποίος οδηγεί σε εκσκαφές βάθους 6-10 m µε κατακόρυφη παρειά σε επαφή µε δρόµους ή µε πολυώροφα κτίρια. Το βάθος αυτό, χωρίς να θεωρείται µεγάλο, έχει ανάγκη αντιστήριξης, όσο σταθερό και αν φαίνεται το υπέδαφος. Η µέθοδος αντιστήριξης που εφαρµόζεται συνήθως περιλαµβάνει την κατασκευή κατακόρυφου πετάσµατος από σιδηροδοδοκούς σε µορφή πασσάλων ενώ τα ενδιάµεσα τµήµατα καλύπτονται µε πλέγµα και gunite. Οι σιδηροδοκοί στηρίζονται µε δύο τρεις σειρές αγκυρίων, τα οποία πακτώνονται βαθειά µέσα στο έδαφος και µεταφέρουν εκεί τις δυνάµεις. Η αγκύρωση όµως, δεν είναι σωστό να γενικεύεται σε όλες τις περιπτώσεις. Επιβάλλεται να εξετάζεται το τρίπτυχο «κόστος χρόνος ποιότητα» και να επιλέγεται η µέση λύση που ικανοποιεί καλύτερα όλους τους στόχους. Υπάρχουν όµως περιπτώσεις αντιστήριξης όπου τα αγκύρια δεν είναι η προσφορότερη µέθοδος από καθαρά τεχνική άποψη (Σ. Παπασπύρου, 1985, σελ. 31): (α) Σε τεχνητές επιχώσεις, χαλαρές µε ακαθόριστη σύσταση και σε οργανικά εδάφη (β) Σε χαλαρά αµµώδη εδάφη (D r < 0,3) (γ) Σε συνεκτικά εδάφη µεγάλης πλαστικότητας (W L > 50%) (δ) Σε µαλακές αργίλους (Ic < 0,9) Από άποψη χρόνου κατασκευής η αγκύρωση προϋποθέτει διαδοχικές φάσεις εκσκαφής, οι οποίες διαχωρίζονται από την κατασκευή και τάνυση των αγκυρίων. Για την τάνυση όµως απαιτείται αναµονή 7-10 ηµερών για την πήξη του ενέµατος. Ο χρόνος για την κατασκευή µιας σειράς αγκυρίων είναι σηµαντικός και µόνον σε µεγάλης κλίµακας εργοτάξια είναι δυνατόν να συνδυαστούν οι εργασίες 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 1

εκσκαφής και αγκύρωσης ώστε να εκτελούνται παράλληλα. Έτσι λοιπόν για εκσκαφές µικρού βάθους αναζητείται λύση χρονικά και οικονοµικά προσφορότερη από την αγκύρωση. 2. ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΑΝΤΗΡΙ ΕΣ Ο εναλλακτικός τρόπος αντιστήριξης που επικρατεί σήµερα είναι οι αντηρίδες από σιδηροδοκούς ή σιδηροσωλήνες που τοποθετούνται στο εσωτερικό της εκσκαφής. Οι αντηρίδες από σκυρόδεµα, οι οποίες δοκιµάστηκαν αρχικά, αποδείχτηκαν µειονεκτικές ως προς τον χρόνο και την οικονο- µικότητα, διότι χρειάζονται αυξηµένη εργασία για ξυλοτύπους, σιδέρωµα, σκυροδέτηση, ξεκαλούπωµα και επιπλέον η αποξήλωσή τους µετά το πέρας των εργασιών χρειάζεται καθαίρεση και αποκοµιδή χειρονακτικά δια- µέσου των υπογείων. Αντίθετα οι µεταλλικές αντηρίδες µεταφέρονται στο εργοτάξιο, τοποθετούνται αµέσως µε τη βοήθεια γερανού και ηλεκτροσυγκολλούνται στη θέση τους. Είναι έτοιµες να παραλάβουν φορτίο. Η αποξήλωσή τους µετά το πέρας της κατασκευής δεν είναι δύσκολη: κόβονται µε οξυγόνο ή τροχό και αποµακρύνονται µε γερανό. Παρέχουν επίσης τη δυνατότητα επαναχρησιµοποίησης σηµαντικού µέρους των σιδηροδοκών. Με τις αντηρίδες στο εσωτερικό της εκσκαφής θα δηµιουργηθούν αφ ενός µεν σοβαρά εµπόδια στις µετακινήσεις και στις εργασίες στον χώρο αυτό και αφ ετέρου προβλήµατα στη στεγανολεκάνη. Από θεωρητική άποψη τα προβλήµατα αυτά είναι πολύ σοβαρά. Παίρνοντας όµως υπόψη ότι η µέθοδος προορίζεται για εκσκαφές µικρού σχετικά βάθους σε οικόπεδα περιορισµένης έκτασης τα εµπόδια αυτά αίρονται µε πρακτικά εύκολους τρόπους. Οι τρόποι αυτοί εξειδικεύονται σε κάθε συγκεκριµένο οικόπεδο χωρίς να µπορούν να διατυπωθούν γενικές αρχές που πρέπει να διέπουν την κατασκευή. Μερικές σκέψεις µπορεί να διευκολύνουν την σχεδίαση: Οι αντηρίδες τοποθετούνται στις γωνίες του οικοπέδου και δεν εµποδίζουν την εκσκαφή. Τοποθετείται µια µόνο σειρά αντηρίδων σε στάθµη πάνω από την πλάκα δαπέδου του ισογείου, η οποία επιτρέπει την κίνηση και την εργασία των µικρών εκσκαπτικών µηχανη- µάτων που χρησιµοποιούνται σε αυτά τα έργα. Σε στάθµη δαπέδου υπογείου 5 έως 7 m κάτω από τη στάθµη πεζοδροµίου συνήθως δεν υπάρχει φρεάτιος ορίζοντας και δεν κατασκευάζεται στεγανολεκάνη. Αλλά και στην περίπτωση κατασκευής στεγανολεκάνης είτε µε µεµβράνη είτε µε ασφαλτόπανα υπάρχουν δόκιµοι τρόποι αντιµετώπισης (π.χ. διαµόρφωση λαιµού κ.λ.π.) Σε τρία παραδείγµατα θα δούµε πως εφαρµόστηκε επιτυχώς η εναλλακτική µέθοδος αντιστήριξης: 3. ΚΤΙΡΙΟ ΣΤΗΝ Ο Ο ΟΜΗΡΟΥ Η ανακατασκευή του κτιρίου είχε τον περιορισµό των διατηρητέων προσόψεων και των παλιών µεσοτοίχων και απέβλεπε στη δηµιουργία δύο υπογείων. Το βάθος της γενικής εκσκαφής ήταν 6,50 m και έγινε εξ ολοκλήρου στην επιφανειακή στρώση του αθηναϊκού σχιστολίθου. Ο σχιστόλιθος εµφανίζεται στην περιοχή αυτή επιφανειακά µε τη µορφή ενός αποσαθρω- µένου και εξαλλοιωµένου καλύµµατος µε σχετικά πτωχά µηχανικά χαρακτηριστικά (φ = 30, c = 10 KPa, γ = 22 KN/m 3 ), πάχους 1,50 έως 6,0 m. Ακολουθεί κερµατισµένος σχιστόλιθος µε ενστρώσεις µεταψαµµίτη ή µαρµάρου σε πάχη κυµαινόµενα από 0,5 έως 4,0 m. Για τη στήριξη των όψεων και των µεσοτοίχων προβλέφθηκε σιδηροκατασκευή, η οποία στηριζόταν σε κεντρικό κατακόρυφο πυρήνα (Σχήµα 1). Η ύπαρξη του πυρήνα διευκόλυνε και την αντιστήριξη των παρειών εκσκαφής. Το κατακόρυφο πέτασµα σχηµατίστηκε από σιδηροδοκούς πακτωµένους στον υγιή σχιστόλιθο και στηριζοµένους σε ένα ή δύο σηµεία καθ ύψος µε αντηρίδες που µετέφεραν τα φορτία στον πυρήνα (Σχήµα 2). Το πέτασµα συµπληρώθηκε µε gunite ελαφρά οπλισµένο. Οι οριζόντιες αντηρίδες και τα δικτυώµατα είχαν τοποθετηθεί σε στάθµη πάνω από την πλάκα δαπέδου του ισογείου, ώστε να µην εµποδίζουν την εκσκαφή. Η αντιστήριξη συµπεριφέρθηκε πολύ καλά, χωρίς καµία ένδειξη µετατοπίσεων σε γειτονικά κτίρια ή στους τοίχους των προσόψεων. 4. ΚΤΙΡΙΟ ΣΤΟΝ ΠΕΙΡΑΙΑ ιαµπερές οικόπεδο σε κεντρικό δρόµο του Πειραιά συνόρευε µε οκταώροφη πολυκατοικία και µε διατηρητέο διώροφο. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 2

Σχήµα 1. Κεντρικός πυρήνας, όπου θα στηριχτούν οι αντηρίδες. Fig. 1. Central steel frame supporting the buttresses. Σχήµα 2. Κατακόρυφο πέτασµα από σιδηροπασσάλους και gunite. Fig. 2. Vertical sheet of steel piles and gunite. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 3

Προβλεπόταν η κατασκευή τριών υπογείων µε γενική εκσκαφή σε βάθος 11,50 m. Το υπέδαφος της περιοχής αποτελείτο από χαλαρές αλλουβιακές προσχώσεις ιλυώδους συστάσεως σε βάθος 7 έως 8 m. Πιο κάτω συναντήθηκε ο µαργαϊκός ασβεστόλιθος του Πειραιά, στην αρχή εξαλλοιωµένος µε τη µορφή ασβεστιτικής µάργας και κατόπιν σε πιο συµπαγή µορφή πωρόλιθου. Επειδή το επιφανειακό στρώµα θεωρήθηκε πολύ χαλαρό για την πάκτωση των αγκυρίων και επειδή οριζόντιες µετατοπίσεις του πετάσµατος δεν θα ήταν ανεκτές από τα γειτονικά κτίσµατα προκρίθηκε η αντιστήριξη των παρειών της εκσκαφής µε µεταλλικές αντηρίδες. Το πέτασµα κατασκευάστηκε αρχικά µε τοίχωµα οπλισµένου σκυροδέµατος µεταξύ σιδηρών πασσάλων, το οποίο σκυροδετήθηκε σε µικρά βήµατα 1,0 έως 2,0 m και µόνο όταν συναντήθηκε η σκληρή µάργα εφαρµόστηκε gunite (Σχήµα 3). Οι πάσσαλοι ήταν πακτωµένοι στο σκληρό έδαφος και αντιστηρίζονταν σε δύο σηµεία σε τέτοιες στάθµες που να επιτρέπουν την εκσκαφή αλλά και τη ράµπα καθόδου. Για την εξουδετέρωση του λυγισµού των αντηρίδων κατά την κατακόρυφη έννοια κατασκευάστηκαν οκτώ πάσσαλοι στους κόµβους ενός µεταλλικού δικτυώµατος, το οποίο διαµορφώθηκε προοδευτικά καθώς προχωρούσε η εκσκαφή (Σχήµα 3). Τα αποτελέσµατα της αντιστήριξης ήταν πολύ ικανοποιητικά και δεν παρατηρήθηκε καµµιά ρωγµή σε γειτονικά κτίσµατα. Από οικονοµική άποψη το κόστος αγοράς και τοποθέτησης των µεταλλικών στοιχείων των αντηρίδων και των οκτώ επιπλέον σιδηροπασσάλων ήταν ίσο περίπου µε την προβλεπόµενη δαπάνη κατασκευής των αγκυρίων. Η ενόχληση των εργασιών εκσκαφής και µεταφοράς αντιµετωπίστηκε επιτυχώς µε την προοδευτική κατασκευή των αντηρίδων. 5. ΚΤΙΡΙΟ ΣΤΗΝ Ο Ο ΣΤΑ ΙΟΥ Η προσθήκη δύο υπογείων σε κτίριο µε διατηρητέες όψεις είναι οπωσδήποτε δύσκολη εργασία, ιδίως όταν το έδαφος δεν είναι ευνοϊκό. Το βάθος της γενικής εκσκαφής ήταν 6,50 m. Το υπέδαφος περιελάµβανε µια επιφανειακή στρώση πάχους 2,0 έως 3,50 m που αποτελεί το αποσαθρωµένο και εξαλλοιωµένο κάλυµµα του αθηναϊκού σχιστολίθου µε πολύ πτωχά µηχανικά χαρακτηριστικά ( = 30, (φ = 30, c = 0 έως 10 KPa, γ = 22 KN/m 3 ). Ο σχιστόλιθος που ακολουθεί πιο κάτω περιλαµβάνει κατά τόπους σκληρές ενστρώσεις µεταψαµµίτη και κατά µέσον όρο τα µηχανικά του χαρακτηριστικά είναι καλά (φ = 34, c = 20 KPa, γ = 22 KN/m 3 ). Το κατακόρυφο πέτασµα κατασκευάστηκε µε σιδηροπασσάλους και µε επένδυση του ενδιάµεσου χώρου µε gunite ελαφρά οπλισµένου. Από στατική άποψη οι πάσσαλοι του πετάσµατος ήταν πακτωµένοι στον σκληρό σχιστόλιθο και στηρίζονταν αρθρωτά λίγο πάνω από το δάπεδο του ισογείου. Οι αντηρίδες τοποθετήθηκαν αφ ενός µεν στις γωνίες του οικοπέδου και αφ ετέρου στο κέντρο µε τη µορφή ενός δικτυώµατος κατά την οριζόντια έννοια (Σχήµα 5). Έτσι ο λυγισµός των αντηρίδων κατά την οριζόντια έννοια αντιµετωπίστηκε από το δικτύωµα, ενώ κατά την κατακόρυφη από δύο πασσάλους στο µέσον της εκσκαφής. Οι αντηρίδες τοποθετήθηκαν πάνω από την πλάκα δαπέδου του ισογείου ώστε να µην εµποδίζουν την εκσκαφή (Σχήµα 6). Η συµπεριφορά της αντιστήριξης ήταν ικανοποιητική και δεν παρατηρήθηκε καµµία υποχώρηση. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Κάθε µέθοδος είναι κατάλληλη για µια ορισµένη περιοχή εφαρµογών µέσα στην οποία αναδεικνύονται τα πλεονεκτήµατά της. Για οικόπεδα µικρών διαστάσεων και για εκσκαφές που δεν υπερβαίνουν τα 8-10 m η αντιστήριξη µε µεταλλικές αντηρίδες θεωρείται καταλληλότερη τόσο από τεχνική όσο και από οικονοµική άποψη. Εφόσον η σιδηροκατασκευή έχει σφηνωθεί καλά και εφόσον έχουν υπολογιστεί τα βέλη κάµψεως των οριζόντιων φορέων και τα βέλη κάµψεως των πασσάλων, τότε όλες οι µετακινήσεις είναι ελεγχόµενες. Σε περιπτώσεις χαλαρών ή πολύ πλαστικών εδαφών, όπου η πάκτωση των αγκυρίων είναι µειονεκτική και υπάρχει φόβος να παρουσιάσει φαινόµενα ερπυσµού ή συχνές αστοχίες κατά την τάνυση, τότε οι αντηρίδες στο εσωτερικό της εκσκαφής αποτελούν τη σίγουρη λύση. Υπάρχουν τρόποι κατάλληλης τοποθέτησής τους, ώστε να µην εµποδίζουν την κίνηση των µηχανηµάτων. Αφ ετέρου µε τον σηµερινό συσχετισµό τιµών υλικών προς εργασία και ακόµη µε την ευρύτερη διάδοση των δοµικών µηχανηµάτων, οι εφαρµογές σιδηροκατασκευής πολλές 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 4

Σχήµα 3. Οι κόµβοι των αντηρίδων στηρίζονται σε πασσάλους. Fig. 3. The beams lie on piles. Σχήµα 4. Αντηρίδες σε περισσότερες σειρές. Fig. 4. More than one level of buttresses. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 5

Σχήµα 5. Στήριξη σε κατάλληλο ύψος για την εκσκαφή. Fig. 5. Level of supporting beams to allow the excavation. K26 K25 K24 K23 Π1 Π2 K22 K48 K49 K21 5.75 8.60 5.00 L 100*75*9 K50 K20 K51 8.90 L 100*75*9 K19 K52 K18 5.90 Κ1 Κ2 6.50 Κ3 Κ4 Κ5 Κ6 Κ7 Κ8 Κ9 Κ10 Κ11 Κ12 Κ13 Κ14 Κ15 Κ16 Κ17 6.35 Ο ΟΣ ΚΟΡΑΗ 12.36 Σχήµα 6. ιάταξη αντηρίδων. Fig. 6. Horizontal buttresses. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 6

φορές είναι οικονοµικότερες από τις παραδοσιακές µεθόδους. Από άποψη χρόνου κατασκευής επίσης, η προσκόµιση, τοποθέτηση και συγκόλληση των αντηρίδων απαιτεί ελάχιστο χρόνο σε σύγκριση µε την κατασκευή των αγκυρίων και την αναµονή πήξης του τσιµεντενέµατος για να τανυθούν. 7. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Σ. Παπασπύρου, Αγκυρώσεις, Αθήνα, 1985. 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής & Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, ΤΕΕ, Ξάνθη, 31/5-2/6/2006 7