ΕΜΠ Σχολή Πολιτικών Μηαχανικών η ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ σε ΑΡΧΑΙΑ και ΣΥΓΧΡΟΝΑ ΜΝΗΜΕΙΑ Βλάσης ΚΟΥΜΟΥΣΗΣ και Γιώργος ΓΚΑΖΕΤΑΣ ΤΕΕ, Απρίλιος 2007
Δύο Κατηγορίες Σεισμικής Μόνωσης (ως προς τα μνημεία) (1) Μόνωση ΟΛΟΥ του ΔΟΜΗΜΑΤΟΣ ( π.χ., μουσείου, διατηρητέου κτιρίου,...) (2) Μόνωση Συγκεκριμένου ΕΚΘΕΜΑΤΟΣ ( π.χ., αγάλματος, δαπέδου εκθεμάτων...)
Αντισεισμικός Σχεδιασμός Αντοχή Κατασκευής > Απαίτηση Σεισμού Συμβατικός Σχεδιασμός Εξασφάλιση Αντοχής της Κατασκευής Σχεδιασμός με Σεισμική Μόνωση Μείωση της Απαίτησης του Σεισμού
Σεισμική Μόνωση: Παρεμβολή ειδικών συσκευών (εφεδράνων) μεταξύ εδάφους και δομήματος ή εκθέματος οι οποίες απομειώνουν την μεταδιδόμενη σεισμική κίνηση
Συμβατικό Κτίριο Χωρίς Σεισμική Μόνωση Σεισμικώς Μονωμένο Κτίριο
Σεισμός Kobe 1995: 6 όροφο κτίριο χωρίς μόνωση a x = 0.97 g, a y = 0.67 g West Portal Service μέ σεισμική μόνωση a x = 0.10 g, a y = 0.06 g Α x = 0.27 g, Α y = 0.26 g Α x = 0.30 g, Α y = 0.26 g
Ιαπωνία : Αριθμός Μονωμένων Κτιρίων ΠΡΟ και ΜΕΤΑ το 1995 1000 800 600 400 17 Ιανουαρίου 1995 : Σεισμός Kobe 200 0 1983 1995 2001 Χρονολογία
Τύποι Εφεδράνων Σεισμικής Μόνωσης Ελαστομεταλλικό με πυρήνα μολύβδου) Ολισθήσεως μ < 0.08 Ολισθήσεως σε Σφαιρική Επιφάνεια
Νέο Μουσείο Ακρόπολης
98 m
Δύο Εφαρμογές της Σεισμικής Μόνωσης (1) Μόνωση ΟΛΟΥ του ΔΟΜΗΜΑΤΟΣ : Σεισμική Αναβάθμιση Διατηρητέου Κτιρίου (2) Μόνωση Συγκεκριμένου ΕΚΘΕΜΑΤΟΣ Αντισεισμική Προστασία Αγάλματος
Μουσείο Δυτικής Τέχνης στο Τόκυο ( Le Corbusier,, 1950 )
Το Κτίριο του Μουσείου Δυτικής Τέχνης
Αρχική Κατάσταση
Εκσκαφή γύρω από τα θεμέλια
Σκυροδέτηση ενισχύσεων στους κόμβους
Σκυροδέτηση επιπρόσθετων δοκών
Τοποθέτηση μικροπασσάλων
Τοποθέτηση Γρύλων
Ανύψωση του κτιρίου
Εκσκαφή, Αντιστήριξη, και Σκυροδέτηση Δαπέδου
Σκυροδέτηση Νέου Υπογείου
Τοποθέτηση Εφεδράνων Σεισμικής Μόνωσης
Αποτόνωση Γρύλων
Κόψιμο Πασσάλων, και Τοποθέτηση Αρμών 1 m 1 m
Τελική Κατάσταση
ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ TOY ΕΡΜΗ ΤΟΥ ΠΡΑΞΙΤΕΛΗ, ΜΟΥΣΕΙΟ ΑΡΧΑΙΑΣ ΟΛΥΜΠΙΑΣ Βλάσης ΚΟΥΜΟΥΣΗΣ Καθηγητής ΕΜΠ
Υπό την αιγίδα του Υπουργείου Πολιτισμού Με την συνεργασία Β. Χανδακά καί Α. Αθανασιάδου
ο Ερμής του Πραξιτέλη 330 π.χ. Από παριανό μάρμαρο Ύψος: 2,13 μέτρα Βρέθηκε το 1877 στον Ναό της Ηρας
Συμβατικός Σχεδιασμός Συμβατικός Σχεδιασμός Αύξηση Αντοχής Γιαταεκθέματαμουσείων: αύξηση της αντοχής συνεπάγεται παρέμβαση στο έκθεμα η οποία είναι πολύ δύσκολη και ανεπιθύμητη.
Σεισμική Μόνωση Η χρήση σεισμικής μόνωσης ακολουθεί αντίθετη λογική: μείωση της σεισμικής απαίτησης (όχι αύξηση της αντοχής) Σεισμική μόνωση: Παρεμβολή ειδικών συσκευών μεταξύ εδάφους και εκθέματος οι οποίες απομειώνουν την σεισμική κίνηση που μεταδίδεται στο έκθεμα.
Εφαρμογές Σεισμικής Μόνωσης σε Μουσεία Μέχρι σήμερα: πλήθος εφαρμογών σε εκθέματα μουσείων στην Ιαπωνία, τις ΗΠΑ, την Ιταλία. Πύλες της Κολάσεως του Α. Rodin Εθνικό Μουσείο Δυτικής Τέχνης, Τόκυο ύψος: 5.4 m, πλάτος: 3.9 m Σύστημα σεισμικής μόνωσης: 5 εφέδρανα κυλιομένων κυλίνδρων και 2 ιξώδεις αποσβεστήρες
Οι Πύλες της Κολάσεως (Rodin)
Προτεινόμενο Σύστημα Σεισμικής Μόνωσης για τον ΕΡΜΗ του Πραξιτέλη Έδραση του αγάλματος: σε προκατασκευασμένη βάση ΩΣ Η βάση θα στηρίζεται στις γωνίες της σε τέσσερα εφέδρανα ολίσθησης Επισκεψιμότητα σεισμικής μόνωσης: μέσω υπογείου φρέατος
Διάταξη Συστήματος Σεισμικής Μόνωσης Εφέδρανο Ολισθήσεως Εφέδρανο Ολίσθησης Φρεάτιο Επίσκεψης Φρεάτιο Ερμής Έκθεμα Βάση ΩΣ Πλατφόρμα από Αποσβεστήρας
Εναλλακτικές Λύσεις Περίπτωση #1 Περίπτωση #2 Είδος Εφεδράνου Ολίσθησης Υλικό Εφεδράνου Ολίσθησης Εταιρεία Κατασκευής Εφεδράνου Ολίσθησης Είδος Αποσβεστήρα Επίπεδη επιφάνεια ολίσθησης PTFE χωρίς λίπανση ή PTFE με λίπανση FIP Industriale Μη γραμμικός ιξώδης αποσβεστήρας σε συνδυασμό με γραμμικό ελαστικό στοιχείο (F =KU+CU 0.15 ) Σφαιρική επιφάνεια ολίσθησης (εφέδρανο FPS) PTFE χωρίς λίπανση EPS Inc. - Εταιρεία Κατασκευής Αποσβεστήρα FIP Industriale -
Τρισδιάστατο Προσομοίωμα Αγάλματος Δημιουργήθηκε με την τεχνική της τριδιάστατης σάρωσης με ακτίνες LASER (ARCHEOPTICS) Περιγράφει με λεπτομέρεια την παράπλευρη επιφάνεια του αγάλματος και της βάσης του. Αποτελείται από 31,909 σημεία και 63,325 τριγωνικά στοιχεία
Προσομοίωση Αγάλματος και Βάσης
Ραδιογραφίες Κοβαλτίου ( ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος)
Ραδιογραφίες Ποδών & Δενδριλίου
Ραδιογραφίες Άνω Μέρους
Τριδιάστατο Προσομοίωμα Αγάλματος Πεπερασμένα στοιχεία αγάλματος: 253,941 κόμβοι Κατακόρυφη τομή 756,900 βαθμοί ελευθερίας
Δυναμικά Χαρακτηριστικά 1 η Ιδιομορφή Τ = 0.062 sec 2 η Ιδιομορφή Τ = 0.036 sec 3 η Ιδιομορφή Τ = 0.017 sec
Kατακόρυφο Φορτίο Το κατακόρυφο φορτίο Ν κάθε εφέδρανου ολίσθησης μεταβάλλεται κατά την διάρκεια του σεισμού λόγω: της κατακόρυφης συνιστώσας τών Ροπών Ανατροπής N = W i 1 + U&& g V + N W OM Wi : το αρχικό βάρος στο εφέδρανο ολίσθησης U & V : η κατακόρυφη σεισμική επιτάχυνση του εδάφους Ν ΟΜ : πρόσθετη αξονική δύναμη στο εφέδρανο λόγω σεισμικών ροπών ανατροπής Μεταβολή του κατακόρυφου φορτίου δύναμη τριβής του εφεδράνου ολίσθησης i
ΕΦΕΔΡΑΝΑ ΣΦΑΙΡΙΚΗΣ ΟΛΙΣΘΗΣΕΩΣ Friction Pendulum System Stainless Steel Spherical Surface Articulated Slider
Σχετικές Μετατοπίσεις Βάσης -Εδάφους 0.2 Σεισμός Aλκυονίδων - Μετατόπιση κατά Χ U x (m) 0.1 0-0.1-0.2 10 20 30 40 U y (m) 0.2 0.1 0-0.1-0.2 Σεισμός Aλκυονίδων - Μετατόπιση κατά Y 10 20 30 40
Απορρόφηση Ενέργειας από τους Μονωτήρες Σεισμός Kobe 25 F x (KN) 25 F y (KN) 15 15 5-0.4-0.2 0-5 0.2 0.4 U x -15 (m) -25 5-0.2 0-5 0.2 0.4 U y -15 (m) -25
Περιοχές Έντονης Καταπόνησης Χωρίς Μόνωση Με Μόνωση
Μέγιστες Κύριες Τάσεις Χωρίς Μόνωση Με Μόνωση
Ελάχιστες Κύριες Τάσεις Χωρίς Μόνωση Με Μόνωση
Παραμορφώσεις Αγάλματος Χωρίς Μόνωση (δ max = 0.716 mm) Με Μόνωση (δ max = 0.336 mm)
Συμπεράσματα Σεισμική Μόνωση: πρόσφορη για μνημεία και εκθέματα (καθώς η ενίσχυση τους δεν είναι πάντοτε εφικτή στο επίπεδο που επιβάλλουν οι σύγχρονοι κανονισμοί) Το μικρό βάρος των εκθεμάτων καθιστά την επιλογή και τον σχεδιασμό της σεισμικής μόνωσης ιδιαιτέρως δυσχερείς... Ανάγκη Πειραματικής Επαλήθευσης
ΤΕΛΟΣ
Προσομοίωση Υλικών Παριανό Μάρμαρο (Λυχνίτης) Το μάρμαρο Πάρου (λυχνίτης) είναι λευκό ελληνικό μάρμαρο το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί κυρίως σε αρχαία μνημεία. Το μάρμαρο Πάρου είναι από τα λιγότερο ανθεκτικά λευκά ελληνικά μάρμαρα και οι ιδιότητες του αντιστοιχούν στα κάτω όρια των τιμών μαρμάρων. Πυκνότητα ρ=2690 kgr/m3 Δυναμικό Μέτρο ελαστικότητας Ed=47.0 GPa Λόγος Poisson v=0.25 Αντοχή σε θλίψη fcm=33.0 MPa Αντοχή σε εφελκυσμό fb=3.0 MPa
Κονίαμα Γύψου Το κονίαμα γύψου (gypsum plaster) είναι ένα πορώδες στερεό υλικό το οποίο αποτελείται από επιμήκεις κρυστάλλους γύψου οι οποίοι αλληλοτέμνονται ακανόνιστα σχηματίζοντας τυχαίους πόρους. Μακροσκοπικά το κονίαμα γύψου μπορεί να προσομοιωθεί ικανοποιητικά ως ένα γραμμικά ελαστικό και ισότροπο υλικό. Οι φυσικές και οι ελαστικές του κονιάματος γύψου επηρεάζονται σημαντικά από το πορώδες του γύψου (δηλαδή τον λόγο του όγκου των πόρων προς τον συνολικό όγκο του στερεού).
Κονίαμα Γύψου Για το υλικό του αγάλματος θεωρήθηκε τιμή του πορώδους 0.5 η οποία είναι αρκετά μεγάλη και δίνει συντηρητική εκτίμηση των ιδιοτήτων του γύψου. Πυκνότητα ρ=900 kgr/m3 Μέτρο ελαστικότητας E=5.0 GPa Λόγος poisson v=0.23 Αντοχή σε θλίψη fc=7.8 MPa Αντοχή σε κάμψη fb=1.2 MPa
Ορείχαλκος - Χυτοσίδηρος Οι ιδιότητες του ορείχαλκου (bronze) προσεγγίζονται με τις ιδιότητες ενός τυπικού ορείχαλκου. Πυκνότητα ρ=8300 kgr/m3 Μέτρο ελαστικότητας E=108.0 GPa Λόγος poisson v=0.34 Τάση διαρροής σε εφελκυσμό fy>82.0 MPa Οι ιδιότητες του χυτοσίδηρου προσεγγίζονται με τις ιδιότητες ενός τυπικού χυτοσίδηρου. Πυκνότητα ρ=7200 kgr/m3 Μέτρο ελαστικότητας E=126.5 GPa Λόγος poisson v=0.25 Αντοχή σε εφελκυσμό ft>69.0 MPa