Ν Α Υ Π Λ Ι Ο : Τ Α Υ Τ Ο Τ Η Τ Α, Π Ρ Ο Σ Τ Α Σ Ι Α Κ Α Ι Α Ν Α Π Τ Υ Ξ Η Ο ρ γ ά ν ω σ η : Τ Ε Ε Π ε λ ο π ο ν ν ή σ ο υ, Σ χ ο λ ή Α ρ χ ι τ ε κ τ ό ν ω ν Ε Μ Π Ναύπλιο 8 Οκτωβρίου 2016 ΑΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΚΤΗΡΙΩΝ ΑΠΟ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ Μαρίνα Λ. Μωρέττη Δρ. Πολιτικός Μηχανικός ΕΜΠ Επικ. Καθηγήτρια Σχολής Αρχιτεκτόνων ΕΜΠ αποκατάσταση φορέων από οπλισμένο σκυρόδεμα Ε Π Ι Σ Κ Ε Υ Η Προϋποθέτει ύπαρξη βλαβών Αποκαθιστά τα προ της βλάβης μηχανικά χαρακτηριστικά του φορέα συνήθη αίτια: Αλλοίωση λόγω περιβάλλοντος ενανθράκωση σκυροδέματος διάβρωση οπλισμού Επισκευή βλαβών λόγω: - πυρκαγιάς, σεισμού, κλπ 2 Ε Ν Ι Σ Χ Υ Σ Η Φορέας ΜΕ ή ΧΩΡΙΣ βλάβες Οδηγεί σε αύξηση των αρχικών μηχανικών χαρακτηριστικών του φορέα - αντοχή - δυσκαμψία - πλαστιμότητα συνήθη αίτια: Επέκταση καθ ύψος ή/και σε κάτοψη Αλλαγή χρήσης Προσαρμογή στους σύγχρονους κανονισμούς 1
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ που ακολουθείται για την αποκατάσταση Ε Π Ι Σ Κ Ε Υ Η (1) Διάγνωση προβλήματος (2) Επιλογή μεθόδου επισκευής (3) Ορθή εκτέλεση Σε περίπτωση Επισκευής η ευθύνη των παραγόντων αποκατάστασης περιορίζεται στην ορθή εκτέλεση του έργου σύμφωνα με όσα επιτάσσει ο ΚΑΝΕΠΕ ( 1.3.3). Ε Ν Ι Σ Χ Υ Σ Η (1) Διάγνωση προβλήματος (2) Επιλογή Κανονισμού βάσει του οποίου θα γίνει η ανάλυση/ διαστασιολόγηση (3) ΑΝΑΛΥΣΗ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΟΥ ΦΟΡΕΑ (προσδιορισμός ανεπαρκειών) (4α) Επιλογή μεθόδου ενίσχυσης (4β) ΑΝΑΛΥΣΗ ΕΝΙΣΧΥΜΕΝΟΥ ΦΟΡΕΑ (προσδιορισμός ανεπαρκειών) Επανάληψη (3α) (3β) για τον προσδιορισμό της βέλτιστης μεθόδου (5) Ορθή εκτέλεση 3 Κ Α Θ Ο Ρ Ι Σ Τ Ι Κ Α Ζ Η Τ Η Μ Α Τ Α Γ Ι Α Τ Ο Ν Σ Χ Ε Δ Ι Α Σ Μ Ο Τ Η Σ Ε Ν Ι Σ Χ Υ Σ Η Σ : 1) Π ό τ ε κ α τ α σ κ ε υ ά σ τ η κ ε τ ο κ τ ή ρ ι ο ; (= δηλαδή βάσει ποιων κανονιστικών διατάξεων) 2 ) Μ ε π ο ι ό ν κ α ν ο ν ι σ μ ό θ α δ ι α σ τ α σ ι ο λ ο γ η θ ε ί η ε ν ί σ χ υ σ η ; (= δηλαδή πόσο αυστηρές θα είναι οι απαιτήσεις που πρέπει να πληροί ο ενισχυμένος φορέας) 4 2
Ε Λ Λ Η Ν Ι Κ Ο Ι Κ Α Ν Ο Ν Ι Σ Μ Ο Ι ΠΑΛΑΙΟΙ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ 1954 Κανονισμός Σκυροδέματος 1959 Αντισεισμικός Κανονισμός Σ Ε Ι Σ Μ Ο Ι : 1979: Θεσσαλονίκη, 1981: Αλκυονίδες, 1999: Πάρνηθα ΣΥΓΧΡΟΝΟΙ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ 1985 Πρόσθετες διατάξεις 1991 ΝΕΚΩΣ (Κανονισμός Σκυροδέματος) 1991 ΝΕΑΚ (Αντισεισμικός Κανονισμός) 1999 ΕΚΩΣ2000 (Κανονισμός Σκυροδέματος) 2000 ΕΑΚ2000 (Αντισεισμικός Κανονισμός 2012 ΚΑΝ.ΕΠΕ (Κανονισμός Επεμβάσεων) 2013 ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΕΣ (Παράλληλη ισχύς) 5 1 ο Παράδειγμα: Διάβρωση Οπλισμών - Ενανθράκωση Σκυροδέματος διάβρωση οπλισμού πλακών κακή συμπύκνωση σκυροδέματος: πιθανό αίτιο Πιθανά αίτια: - ανεπαρκές πάχος επικάλυψης οπλισμού - επιβλαβείς συνθήκες περιβάλλοντος - κατασκευαστικές ατέλειες 6 3
διάβρωση οπλισμών: λόγω κατασκευαστικών ατελειών διαμήκης ράβδος αποστάτης αποστάτης δοκός διαμήκης οπλισμός συνδετήρας βάση κατακορύφου στοιχείου λεπτομέρεια αίτια: - κακή συμπύκνωση σκυροδέματος - μικρό πάχος επικάλυψης 7 Αποκατάσταση μελών που έχουν υποστεί διάβρωση οπλισμού Ε Π Ι Σ Κ Ε Υ Η : - τρίψιμο, αφαίρεση οξείδωσης από τον οπλισμό - αποκατάσταση συνάφειας μεταξύ οπλισμού και σκυροδέματος - αποκατάσταση της επικάλυψης του σκυροδέματος αν έχει απομειωθεί σημαντικά η διάμετρος της ράβδου λόγω οξείδωσης ενδέχεται να απαιτηθεί πρόσθετος οπλισμός έλλειψη συνάφειας μείωση αντοχής στοιχείου Π ρ ο σ ο χ ή σ τ η ν ο ρ θ ή ε κ τ έ λ ε σ η τ η ς ε π ι σ κ ε υ ή ς! 8 4
Αποκατάσταση μελών που έχουν υποστεί διάβρωση οπλισμού Ε Ν Ι Σ Χ Υ Σ Η : λ.χ. αύξηση πάχους επικάλυψης, επάλειψη σκυροδέματος με ειδικά υλικά Οι επικαλύψεις βάσει των παλιών κανονισμών ήταν πολύ μικρότερες από τις απαιτήσεις των σύγχρονων κανονισμών. Διαφορετικές απαιτήσεις πάχους επικάλυψης στους κανονισμούς (λ.χ. για ΕΚΩΣ2000, και Ευρωκώδικα 2) Ο Ευρωκώδικας 2 (ΕΝ1992-1-1) προτείνει ελάχιστη ποιότητα σκυροδέματος ανάλογα με την κατηγορία περιβάλλοντος: λ.χ. για κατηγορία έκθεσης XS1 (κοντά στην θάλασσα): C 30/37 9 Δυνατότητα επιλογής Κανονισμών εν ισχύ για την μελέτη επάρκειας ενός υφισταμένου φορέα από οπλισμένο σκυρόδεμα: ΕΛΛΗΝΙΚΟΙ ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ: (1) ΕΚΩΣ 2000 (2) ΕΑΚ 2000 (3) ΚΑΝ.ΕΠΕ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΕΣ: (1) EN1992-1-1 (2) EN1998-1 (3) EN1998-3 Λιγότερο απαιτητικοί: - Δυνατότητα φορέα θεωρώντας ελαστική συμπεριφορά q=1.50 - Δεν περιλαμβάνουν ελέγχους επάρκειας των κόμβων πλαισίων. 10 5
Ενδεχόμενη απαίτηση ελέγχου λόγω: - αλλαγής χρήσης η οποία απαιτεί μεγαλύτερα φορτία - καθαίρεση οπτοπλινθοδομών - επέκταση κτηρίου καθ ύψος ( σημαντική αύξηση φορτίων) - (βλάβες σε σεισμό) Ο αντισεισμικός έλεγχος κτηρίων σχεδιασμένων βάσει των παλαιών κανονισμών οδηγεί σε εκτεταμένες ενισχύσεις προκειμένου τα κτήρια αυτά να πληρούν τις απαιτήσεις των σύγχρονων κανονισμών. 11 Κανονιστικό πλαίσιο για επεμβάσεις σε υφιστάμενα κτήρια Οι επεμβάσεις σε υφιστάμενα κτήρια διέπονται από τις διατάξεις που δημοσιεύθηκαν στο ΦΕΚ 350Β/17-2-2016, ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΚΑΝΟΝΙΣΜΩΝ ΣΕ ΕΙΔΙΚΕΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΕΠΕΜΒΑΣΕΩΝ ΣΕ ΥΠΑΡΧΟΝΤΑ ΚΤΙΡΙΑ και αναφέρεται σε δομητικές επεμβάσεις οι οποίες εξυπηρετούν λειτουργικές μεταβολές : προσθήκες, μετατροπές ή αλλαγές χρήσης. Οι διατάξεις αυτές είναι σε: αντικατάσταση του Παραρτήματος Ε του Ελληνικού Αντισεισμικού Κανονισμού ΕΑΚ2000 ΕΙΔΙΚΟΙ ΚΑΝΟΝΕΣ ΓΙΑ ΠΡΟΣΘΗΚΕΣ ΣΕ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΑ ΚΤΙΡΙΑ 12 6
Το ΦΕΚ 350Β/17-2-2016 αναφέρει μεταξύ άλλων: 2.2.1(2): Το παρόν κείμενο δεν προβλέπει απαιτήσεις σε περιπτώσεις που οι Αλλαγές Χρήσης ή Μετατροπές τεκμηριωμένα δεν προκαλούν από μόνες τους δυσμενείς επιδράσεις για την ασφάλεια του κτιρίου, έστω και αν τέτοιες επιδράσεις πράγματι υπάρχουν, οφείλονται όμως σε άλλα αίτια (π.χ. αλλαγή σεισμικής ζώνης). 2.2.1(2): Δεν απαιτείται έλεγχος του υπάρχοντος κτιρίου σε κτίρια τα οποία δεν εμφανίζουν ενδείξεις σημαντικής στατικής ανεπάρκειας όταν ο λόγος ρ v της σεισμικής τέμνουσας στην βάση κατά την δυσμενέστερη διεύθυνση μετά την μετατροπή, προς την τέμνουσα που αντιστοιχεί στο κτίριο πριν την μετατροπή (και οι δύο τέμνουσες υπολογίζονται σύμφωνα με τον εν ισχύ κανονισμό) είναι ρ v < ρ α (μελέτη προ του 1984 ρ α = 1.05) 13 Ενδείξεις σημαντικής στατικής ανεπάρκειας (ΦΕΚ 350Β/17-2-2016): - Εμφανείς βλάβες του φέροντος οργανισμού - Εμφανείς σοβαρές αδυναμίες σχεδιασμού οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν σημαντική μείωση της φέρουσας ικανότητας Μεγάλου εύρους ρωγμές στο φέροντα οργανισμό Σημαντική μείωση του οπλισμού σε κρίσιμες διατομές κυρίων φερόντων στοιχείων οφειλόμενη στην διάβρωση. Ύπαρξη κοντών υποστυλωμάτων χωρίς περίσφιγξη σε θέσεις κρίσιμες για την συνολική ευστάθεια του κτιρίου. Πολύ σημαντική μείωση της δυσκαμψίας των τοιχοπληρώσεων στο ισόγειο σε σχέση με τους υπερκείμενους ορόφους (πυλωτή) ή εντελώς ασύμμετρη διάταξή τους, σε συνδυασμό με έλλειψη κατακορύφων στοιχείων με σημαντική δυσκαμψία, σε βαθμό που να εκθέτει το κτίριο σε σοβαρό κίνδυνο σχηματισμού μαλακού ορόφου. 14 7
Ενδείξεις σημαντικής στατικής ανεπάρκειας: Κοντά υποστυλώματα 15 ΣΥΝΗΘΕΣΤΕΡΕΣ ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΕΣ ΦΟΡΕΩΝ προ του 1985 1. Απουσία Ικανοτικών Ελέγχων 2. Απουσία Αντισεισμικών τοιχωμάτων ( εύκαμπτοι φορείς) 3. Ανεπαρκής πλαστιμότητα (αραιοί συνδετήρες, όχι ικανοτικοί έλεγχοι) 4. Ανεπαρκή μήκη αγκύρωσης διαμήκων οπλισμών 16 8
ΣΥΝΗΘΕΣΤΕΡΕΣ ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΕΣ ΦΟΡΕΩΝ προ του 1985 Δεν προβλέπονταν οι παρακάτω έλεγχοι: 1α) Ικανοτικός Έλεγχος Κόμβου 1β) Ικανοτικός Έλεγχος Τέμνουσας δοκός ή υποστύλωμα υποστυλώματα δοκοί Εξασφαλίζει ότι τα υποστυλώματα που συντρέχουν σε έναν κόμβο είναι ισχυρότερα από τις δοκούς (Αστοχούν πρώτα οι δοκοί) υπάρχει απαλλαγή εάν υπάρχουν πολλά Α/Σ τοιχώματα και στις 2 δ/νσεις της κάτοψης. 17 Εξασφαλίζει ότι η αστοχία σε κάμψη προηγείται της διατμητικής αστοχίας ΔΕΝ ΙΣΧΥΕΙ για τα περισσότερα φέροντα στοιχεία κτηρίων πριν το 1985 (λόγω πολύ αραιών συνδετήρων). ΔΕΝ υπάρχει απαλλαγή από τον έλεγχο αυτόν. Βλάβες υποστυλωμάτων λόγω υπέρβασης της διατμητικής αντοχής τους 18 9
ΣΥΝΗΘΕΣΤΕΡΕΣ ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΕΣ ΦΟΡΕΩΝ προ του 1985 Απουσία Αντισεισμικών τοιχωμάτων ( εύκαμπτοι φορείς) 19 Εφελκυστική + θλιπιτική αστοχία κατά μήκος κυρίων διαγωνίων τοιχώματος Διαγώνια αστοχία τοιχώματος 20 10
ΣΥΝΗΘΕΣΤΕΡΕΣ ΑΝΕΠΑΡΚΕΙΕΣ ΦΟΡΕΩΝ προ του 1985 Ανεπαρκής πλαστιμότητα (αραιοί συνδετήρες, όχι περίσφιγξη) Λόγω περισφίγξεως αυξάνει η θλιπτική αντοχή του σκυροδέματος και η μέγιστη ανηγμένη παραμόρφωση κατά την αστοχία. Διάγραμμα τάσεων παραμορφώσεων σκυροδέματος (σ-ε) Αποδοτικότητα περισφίγξεως: α = α n α s 21 ΓΙΑ ΚΤΗΡΙΟ ΑΠΟ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ προ του 1985: Εάν απαιτηθεί ανάλυση / αποτίμηση του φορέα βάσει των σύγχρονων κανονισμών (ΚΑΝ.ΕΠΕ, ή ΕΝ1998-3) τότε το πιθανότερο είναι να προκύψει η απαίτηση μανδυών σε όλα τα υποστυλώματα, σε όλες τις στάθμες λόγω ανεπάρκειας του οπλισμού διατμήσεως (συνδετήρων), έτσι ώστε να πληρούνται: Ικανοτικός έλεγχος τέμνουσας (=ψαθυρών μορφών αστοχίας) Έλεγχος έναντι περισφίγξεως Απαίτηση πλαστιμότητας κρίσιμων περιοχών 22 11
Προσομοίωση Υφιστάμενου και Ενισχυμένου φορέα Για την προσομοίωση ενός υφιστάμενου φορέα (αποτίμηση, ενίσχυση) είναι απαραίτητες οι ιδιότητες των διατομών όλων των άκρων των φερόντων στοιχείων (κρίσιμες περιοχές), σε όρους ροπής γωνίας στροφής χορδής: ΑΠΑΙΤΗΣΗ: Γωνία στροφής χορδής μέλους λόγω της σεισμικής δράσης (από την ανάλυση) ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ: Γωνία στροφής χορδής μέλους λόγω της σεισμικής δράσης (βάσει εμπειρικών σχέσεων) 23 Προσομοίωση Υφιστάμενου και Ενισχυμένου φορέα: απαραίτητες πληροφορίες - Γνώση γεωμετρικών ιδιοτήτων - Λεπτομέρειες οπλισμών - Αντοχή υλικών (χάλυβα και σκυροδέματος) - Ρηγμάτωση ή βλάβες που έχουν υποστεί τα φέροντα μέλη - Συνεισφορά τοιχοπληρώσεων (Ο τρόπος εισαγωγής των τοιχοπληρώσεων στο μοντέλο μπορεί να διαφοροποιήσει τα αποτελέσματα έως και περισσότερο από 200%) - Εκτίμηση δείκτη σεισμικής συμπεριφοράς, q (όλου του φορέα) - Εκτίμηση χαρακτηριστικών ενισχυμένων διατομών, λ.χ. με μανδύα, και τρόπος εισαγωγής τους στο προσομοίωμα (ως μονολιθική διατομή, ή μέσω κάποιου μειωτικού συντελεστή): Η παραδοχή αυτή απέχει συχνά σημαντικά από την πραγματική συμπεριφορά. - Εκτίμηση χαρακτηριστικών διατομής για ανεπαρκή μήκη αγκύρωσης. 24 12
ΜΕΓΙΣΤΕΣ επιτρεπόμενες τιμές q (βάσει ΚΑΝ.ΕΠΕ, παρ.4.6.2) Τιμές του δείκτη συμπεριφοράς q για την στάθμη επιτελεστικότητας Β (προστασία ζωής) Πίνακας Σ 4.4 Εφαρμοσθέντες Κανονισμοί μελέτης (και κατασκευής) Ευμενής παρουσία ή απουσία τοιχοπληρώσεων (1) Ουσιώδεις βλάβες σε πρωτεύοντα στοιχεία (2) Οι τιμές q του Πίνακα λαμβάνονται με την προϋπόθεση ότι ισχύει: ΣΜ Rc 1,3 ΣΜ Rb Για δομήματα στρεπτικώς ευαίσθητα, ή για τα οποία τουλάχιστον το 50% της συνολικής μάζας βρίσκεται στο ανώτερο 1/3 του ύψους (ανεστραμμένα εκκρεμή), οι τιμές του Πίνακα πολλαπλασιάζονται επί 2/3, αλλά q > 1,0. Δυσμενής (γενικώς) παρουσία τοιχοπληρώσεων (1) Ουσιώδεις βλάβες σε πρωτεύοντα στοιχεία Όχι Ναι Όχι Ναι 1995< 3,0 2,3 2,3 1,7 1985< <1995(2) 2,3 1,7 1,7 1,3 <1985 1,7 1,3 1,3 1,1 25 Συμπερασματικά: Η οποιαδήποτε επέμβαση σε κτήρια από οπλισμένο σκυρόδεμα η οποία δεν απαλάσσεται από τις ευνοϊκές διατάξεις (ΦΕΚ 350Β/17-2-2016): - Προϋποθέτει μεγάλης έκτασης ενισχύσεις του φέροντος οργανισμού - Η προσομοίωση του φορέα κατά την ανάλυση ενέχει πολλούς αστάθμητους παράγοντες Χρειάζεται προσοχή διότι τα αποτελέσματα μπορούν να προκύψουν πάρα πολύ διαφορετικά ανάλογα με τις εκάστοτε υποθέσεις και παραδοχές. Χρειάζεται προσοχή στην εκτέλεση των εργασιών ενίσχυσης έτσι ώστε να εξασφαλίζονται κατά το δυνατόν οι παραδοχές που έγιναν στην ανάλυση (λ.χ. μονολιθικότητα των διατομών.) 26 13