Στρατηγικές για την αντισεισμική προστασία των Μνημείων Strategies towards seismic protection of Monuments Αθήνα, 26&27 Φεβρουαρίου 2009 Athens, 26&27 February 2009 Ο ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΗΣ (κατάρρευσης έναντι) ΟΡΙΖΟΝΤΙΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ως ΚΡΙΣΙΜΟΣ ΔΕΙΚΤΗΣ για τη ΔΟΜΗΤΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ, ΠΡΙΝ και ΜΕΤΑ την ΕΠΕΜΒΑΣΗ Χρίστος Θ. Παπαδόπουλος, Πολιτικός Μηχανικός Χρήστος Ε. Βαχλιώτης, Πολιτικός Μηχανικός
ΤΑ ΚΕΙΜΕΝΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ 1. Αντισεισμική Συμπεριφορά Μνημείων -Σκέψεις για ένα πιθανό κανονιστικό πλαίσιο- (2006), Ομάδα Εργασίας ΟΑΣΠ: Θ.Π. Τάσιος, Α. Μιλτιάδου, Α. Πέλλη. 2. Ordinanza PCM 3274 (2003) & Ordinanza PCM 3431 (2005). Allegato 11C: Analisi dei Meccanismi Locali di Collasso in Edifici Esistenti in Muratura. 3. Linee Guida per la Valutazione e iduzione del ischio Sismico del Patrimonio Culturale con iferimento alle Norme Tecniche per le Costruzioni (2006). 4. epertorio dei Meccanismi di Danno, delle Techniche di Intervento e dei elativi Costi negli Edifici in Muratura (1997, 2002). egione Marche, Univ. degli Studi dell Aquila, Consiglio Nazionale delle icerche.
Η ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΤΗΣ ΕΠΕΜΒΑΣΗΣ & ΟΙ ΑΝΤΙΣΤΑΣΕΙΣ Δείκτης Αποδοτικότητας της Επεμβατικής Λύσης (Ομάδα Εργασίας ΟΑΣΠ) k E= F i (Pi-P i,min) 0 i=1 = Στάθμη προσδιδόμενης αντισεισμικής αντίστασης για την εξεταζόμενη λύση. 0 = Απαιτούμενη αντίσταση έναντι της αρχικώς επιλεγείσας σεισμικής δράσης ανασχεδιασμού, ήτοι η αντισεισμική απαίτηση (S 0 ). P i = Προσδιδόμενη επιτελεστικότητα i. P i,min = Ελάχιστη απαιτούμενη στάθμη επιτελεστικότητας. f i = Συντελεστής βαρύτητας της επιτελεστικότητας i. av = ΕΙΝΑΙ ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΝΑ ΟΡΙΣΤΕΙ ΕΠΙΣΗΣ: Στάθμη διαθέσιμης αντισεισμικής αντίστασης ΠΡΙΝ την όποια επέμβαση. Ζητούμενα Μεγέθη:, 0 =S 0, av av 0 S0 0 S 0
ΑΠΛΑ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ ΤΩΝ ΠΙΘΑΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΩΝ ΑΣΤΟΧΙΑΣ Απλοποιημένος στατικός έλεγχος: Πιθανή Διαδρομή Δυνάμεων ή Απλοποιημένος κινηματικός έλεγχος: Πιθανός Μηχανισμός Αστοχίας Μέσω απλών κινηματικών προσομοιωμάτων θα αναζητηθούν μετρήσιμοι δείκτες για τις αντιστάσεις, av Ως μετρήσιμος δείκτης της αντίστασης έναντι σεισμικής δράσεως δύναται να υιοθετηθεί ο συντελεστής κατάρρευσης έναντι οριζοντίων φορτίων λ δηλ. ο συντελεστής οριζοντίων φορτίων που ενεργοποιεί τον πιθανό μηχανισμό αστοχίας Κινηματικός Μηχανισμός Αστοχίας [Εκτός επιπέδου κατακόρυφη κάμψη μονώροφου τοιχοπετάσματος (egione Marche, 1997)]
ΑΠΛΑ ΚΙΝΗΜΑΤΙΚΑ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΜΑΤΑ ΤΩΝ ΠΙΘΑΝΩΝ ΜΗΧΑΝΙΣΜΩΝ ΑΣΤΟΧΙΑΣ Η μέθοδος συνίσταται στην εφαρμογή του κινηματικού θεωρήματος της οριακής ανάλυσης. Ο συντελεστής κατάρρευσης έναντι οριζοντίων φορτίων λ προκύπτει εύκολα (με εφαρμογή της Αρχής Δυνατών Εργων στα στρεφόμενα στερεά τεμάχη της κινηματικής αλυσίδας) υιοθετώντας τις τρείς υποθέσεις Heyman (1966): η τοιχοποιία δεν μπορεί να παραλάβει εφελκυστικές τάσεις η θλιπτική αντοχή της τοιχοποιίας είναι άπειρη είναι αδύνατη η αστοχία λόγω ολίσθησης Η εφαρμογή των θεωρημάτων της οριακής ανάλυσης μπορεί να δώσει φορτία κατάρρευσης τοιχοποιιών, είτε υπό στατικά αποδεκτούς μηχανισμούς αστοχίας (θεώρημα κάτω ορίου) που δεν ικανοποιούν όμως το συμβιβαστό των παραμορφώσεων, είτε υπό κινηματικά αποδεκτούς μηχανισμούς αστοχίας (θεώρημα άνω ορίου), που δεν ικανοποιούν τις συνθήκες ισορροπίας. Ο μικρότερος συντελεστής κατάρρευσης λ εκ των πιθανών μηχανισμών αστοχίας, χαρακτηρίζει και την διαθέσιμη αντίσταση του εξεταζόμενου δομητικού υποσυνόλου.
ΟΙ ΕΚΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΚΑΙ Η ΚΑΤΑΡΡΕΥΣΗ ΤΗΣ ΤΟΙΧΟΠΟΙΙΑΣ Μηχανισμοί αστοχίας μπορούν να αναζητηθούν είτε εντός, είτε εκτός του επιπέδου της τοιχοποιίας. Η κατάρρευση του Δημοτικού Θεάτρου στη Ζάκυνθο μετά το σεισμό του 1893 (The Jan T. Kozak Collection) Οι μερικές καταρρεύσεις φερουσών τοιχοποιιών (ιστορικών αλλά και απλών κτιρίων) που έχουν παρατηρηθεί μετά από ισχυρά σεισμικά επεισόδια, συνδέονται κατά κύριο λόγο με τους εκτός επιπέδου μηχανισμούς αστοχίας. Η σημασία των εκτός επιπέδου μηχανισμών κατάρρευσης επισημαίνεται εμφαντικά στην διεθνή βιβλιογραφία. Οι εκτός επιπέδου μηχανισμοί καθίστανται απόλυτα κρίσιμοι στις περιπτώσεις: απουσίας ή ύπαρξης λίαν ευπαραμόρφωτου διαφράγματος απουσίας διαζωμάτων ή/και ανεπαρκούς αγκύρωσης της στέγης κακής ή ανεπαρκούς αλληλεμπλοκής/συρραφής των εγκάρσιων τοίχων
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (Μελέτη Στατικής Αποκατάστασης: ΔΟΜΟΣ Σύμβουλοι Μηχανικοί, Αρης Χατζηδάκης, 2008) Υποθέσεις εργασίας (χάριν απτότητας του παραδείγματος) για την εκτίμηση των αντιστάσεων, av : ΠΡΙΝ την Επεμβατική Λύση Λίαν ευπαραμόρφωτο διάφραγμα στην οροφή ισογείου. Απουσία διαζώματος και πλημμελής αγκύρωση της στέγης. Ανεπαρκής αλληλεμπλοκή/συρραφή των εγκάρσιων τοίχων. Επεμβατική Λύση Δυσκαμπτοποίηση διαφράγματος στην οροφή ισογείου (π.χ. οριζόντιοι χιαστί μεταλλικοί σύνδεσμοι). Κατασκευή περιμετρικού διαζώματος και επιμελής αγκύρωση της στέγης. Συρραφή εγκάρσιων τοίχων (π.χ. κλειδιά συρραφής, μεταλλικοί σύνδεσμοι, ή/και τοπική εφαρμογή ενεμάτων σε ικανό πλάτος ζώνης παρά τις ακμές συμβολής των τοίχων).
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών Εικόνα πιθανού Μηχανισμού Περιγραφή Προϋποθέσεις ενεργοποίησης (κατ ελάχιστον) Κινηματική αλυσίδα στερεών τεμαχών (egione Marche, 1997) Ps2 PH Ps2 T2 W2 Fv2 Fv2 FH2 W2 Λίαν ευπαραμόρφωτο διάφραγμα στην οροφή ισογείου C di Ps1 Ps1 T1 Εκτός επιπέδου ανατροπή (σε 2 στάθμες) Απουσία διαζώματος και πλημμελής αγκύρωση της στέγης Ανεπαρκής αλληλεμπλοκή/συρραφή των εγκάρσιων τοίχων hi Fv1 W1 ygi W1 dvi B si Fv1 FH1 hvi Μηχανισμός Μ1 A
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών Εικόνα πιθανού Μηχανισμού Περιγραφή Προϋποθέσεις ενεργοποίησης (κατ ελάχιστον) Κινηματική αλυσίδα στερεών τεμαχών (egione Marche, 1997) d PH Ps Ps T Εκτός επιπέδου ανατροπή (στη στάθμη ορόφου) Απουσία διαζώματος και πλημμελής αγκύρωση της στέγης Ανεπαρκής αλληλεμπλοκή/συρραφή των εγκάρσιων τοίχων h yg Fv W W dv Fv FH hv Μηχανισμός Μ2 A s di1 di2 Εκτός επιπέδου οριζόντια κάμψη (στη στάθμη ορόφου) Απουσία διαζώματος και πλημμελής αγκύρωση της στέγης S A PHi1 PHi1 PHi1 PHi2 PVi1 PVi1 PVi1 PVi2 W1 W2 1 2 C B H L1 L2 xg1 xg2 Μηχανισμός Μ3
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών Εικόνα πιθανού Μηχανισμού Περιγραφή Προϋποθέσεις ενεργοποίησης (κατ ελάχιστον) Κινηματική αλυσίδα στερεών τεμαχών (egione Marche, 1997) s2 d N PS2 a2 B yg2 FV2 FV2 hv2 W2 FH2 Εκτός επιπέδου κατακόρυφη κάμψη (άρθρωση στη στάθμη του ορόφου) Λίαν ευπαραμόρφωτο διάφραγμα στην οροφή ισογείου h2 2 1 dv2 W2 a1 PS1 C PS1 dv1 FV1 FV1 W1 FH1 T h1 hp yg1 W1 hv1 Μηχανισμός Μ4 A s1 Αποκόλληση Γωνίας Μηχανισμός Μ5
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών Εικόνα πιθανού Μηχανισμού Περιγραφή Προϋποθέσεις ενεργοποίησης (κατ ελάχιστον) Κινηματική αλυσίδα στερεών τεμαχών (egione Marche, 1997) Εκτός επιπέδου οριζόντια κάμψη (στη στάθμη ανωφλίου ορόφου) Επαρκής αλληλεμπλοκή/συρραφή των εγκάρσιων τοίχων ph p H T f L FH T H S Μηχανισμός Μ6 d Εκτός επιπέδου κατακόρυφη κάμψη (άρθρωση στη μεσοστάθμη του ορόφου) Δυσπαραμόρφωτο διάφραγμα στην οροφή ισογείου Ύπαρξη διαζώματος και επιμελής αγκύρωση της στέγης Επαρκής αλληλεμπλοκή/συρραφή των εγκάρσιων τοίχων h h2 h1 2 1 A Ps N a B W2 Fv W2 Fv C dv W1 W1 FH hv Μηχανισμός Μ7 s
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών Εικόνα πιθανού Μηχανισμού Περιγραφή Προϋποθέσεις ενεργοποίησης (κατ ελάχιστον) Κινηματική αλυσίδα στερεών τεμαχών (egione Marche, 1997) d do Εκτός επιπέδου ανατροπή στη στάθμη ορόφου με ταυτόχρονη αποκόλληση σφηνών από τους εγκάρσιους τοίχους Επαρκής αλληλεμπλοκή/συρραφή των εγκάρσιων τοίχων h yg A PH PS FV W W dv PS PSO PSO FV FH WO WO ygo hv T s Μηχανισμός Μ8 xgo Οι συντελεστές κατάρρευσης λ προσδιορίζονται εύκολα (με χρήση απλών λογιστικών φύλλων), με βάση τις συνοριακές συνθήκες, την γεωμετρία/τοπολογία και τα φορτία του εκάστοτε κινηματικού μηχανισμού.
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών Μηχανισμός Συντελεστής κατάρρευσης λ ΠΡΙΝ την επέμβαση ΜΕΤΑ την επέμβαση Προσαρμογή του λ στο ισοδύναμο μονοβάθμιο σύστημα α * λ = [C m : συντ. δρώσας μάζας] C m ΠΡΙΝ την επέμβαση ΜΕΤΑ την επέμβαση Μ1 0,069-0,086g - Μ2 0,131-0,139g - Μ3 0,138-0,145g - Μ4 0,255-0,265g - Μ5 0,278 0,278 0,285g 0,285g Μ6-0,390-0,410g Μ7-0,255-0,259g Μ8-0,192-0,202g min (λ,α * ) 0,069 0,192 0,086g 0,202g Απαίτηση S 0 Διαθέσιμη Αντίσταση av Προσδιδόμενη Αντίσταση Αρχικώς επιλεγείσα στάθμη φασματικής επιτάχυνσης ανασχεδιασμού av S 0 S 0 (?)
ΕΦΑΡΜΟΓΗ στην τοιχοποιία της κύριας όψης του διατηρητέου κτιρίου επί της οδού Λυσικράτους 14 στην Πλάκα, που στεγάζει το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών Εντός επιπέδου κινηματικός μηχανισμός αστοχίας της εξεταζόμενης τοιχοδομής [Software Block2D, Orduňa A. (2003), Univ. of Minho]
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ως μετρήσιμος δείκτης της αντίστασης έναντι σεισμικής δράσεως δύναται να υιοθετηθεί ο συντελεστής κατάρρευσης έναντι οριζοντίων φορτίων λ δηλ. ο συντελεστής οριζοντίων φορτίων που ενεργοποιεί τον πιθανό μηχανισμό αστοχίας. Ο συντελεστής κατάρρευσης έναντι οριζοντίων φορτίων λ προκύπτει εύκολα με εφαρμογή της Αρχής Δυνατών Εργων στα στρεφόμενα στερεά τεμάχη της πιθανής κινηματικής αλυσίδας. Ο μικρότερος συντελεστής κατάρρευσης λ εκ των πιθανών μηχανισμών αστοχίας, χαρακτηρίζει και την διαθέσιμη αντίσταση του εξεταζόμενου δομητικού υποσυνόλου. Οι κρίσιμοι λόγοι av S, 0 S 0 που συνδέονται με την αναγκαιότητα και την αποδοτικότητα της επέμβασης αντίστοιχα, μπορούν επίσης να αποτιμηθούν.