Εμπειρίες από την παρακλύθηση καθιζήσεων ικδμικύ έργυ Experience gained from long-term senlements control of a building Ι.Δ. ΔΟΥΚΑΣ(1 J, Α.Γ. ΜΠΑΝΤΕΛΜΣ(2 1, Π.Δ. ΣΑΒΒΑ Ι ΔΗΣ (3J (1. Λέκτρας, 2. Καθηγητής, 3. Επικ. Καθηγητής/Εργαστήρι Γεωδαισίας Α.Π. Θ.) ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στην εργασία αυτή γίνεται η παρυσίαση και η καταρχήν αξιλόγηση των απτελεσμάτων διαχρνικών μετρήσεων των καθιζήσεων κταόρφης ικδμής με υπόγει, πυ βρίσκεται στην παραλιακή ζώνη της Ανατλικής Θεσσαλνίκης. Οι καθιζήσεις πυ παρατηρήθηκαν συσχετίσθηκαν με δεδμένα της εδαφτεχνικής μελέτης πυ είχε συνταχθεί για τη συγκεκριμένη ικδμή. Εκτός από τα συμπεράσματα για τη συμπεριφρά της ικδμής, πρτείνεται η διεύρυνση τέτιων ελέγχων σε παρόμιας φύσης έργα, ιδιαίτερα για εκείνα πυ κατασκευάζνται σε πρβληματικά εδάφη. ABSTRACT: ln this paper the presentation and the first eνaluation of the results of long-term settlements control of a large building, located near the seashore at the eastern part of the town of Thessaloniki, is made. Observed settlements were correlated to the geotechnical surνey made before construction of the building. Finally, following the eνaluation of the results of the measuring campaign, a proposal is made for the generalization of settlements control for all buildings founded on poor quality ground.
1... ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα μεγάλα ικδμικά έργα υφίστανται διάφρες παραμρφώσεις πυ φείλνται σε διάφρα αίτια. Οι καθιζήσεις των έργων αυτών απτελύν ίσως τη συνηθέστερη και σημαντικότερη πηγή παραμόρφωσης, ιδιαίτερα όταν αυτά είναι θεμελιωμένα σε κακής πιότητας εδάφη. Κύρια μέθδς παρακλύθησης των καθιζήσεων ενός κτιρίυ είναι η γεωμετρική χωρστάθμηση υψίστης ακριβείας [4]. Με τη μέθδ αυτή μετριύνται τα υψόμετρα επιλεγμένων σημείων επάνω στ κτίρι και μελετώνται ι διαχρνικές μεταβλές των τιμών τυς. Τα απτελέσματα των μετρήσεων παρέχυν την πραγματική καθίζηση των σημείων ελέγχυ, ενώ συγχρόνως βηθύν στην επιβεβαίωση των θεωρητικών παραδχών στις πίες βασίστηκε η μελέτη τυ έργυ [ 2]. [3]. Σε εφαρμγή των παραπάνω ργανώθηκε η παρακλύθηση ενός συγκεκριμένυ. ικδμικύ έργυ σε διαδχικές φάσεις της κατασκευής τυ. Πρόκειται για ένα κταόρφ κτ ί ρι με υπόγει πυ κτίζεται στην παραλιακή ζώνη της Ανατλι κής Θεσσαλνίκης, ανάμεσα στην δό Βασ. Όλγας και στη θάλασσα. Τ κτίρι αυτό έχει κάτψη περίπυ 21χ50m και κτίζεται σε περιχή με ιδιαίτερα πρβληματικό από γεωτεχνική άπψη εδάφη και υψηλή στάθμη υπόγειων υδάτων. Στην αρχική φάση κατασκευής της θεμελίωσής τυ χρησιμπιήθηκε τ σύστημα της γενικής κιτόστρωσης πάχυς πλακός 0.40m και δκάρια διατμής 0.50m χ 1.30m. Στη φάση αυτή πρκλήθηκαν σβαρές ζημίες στην αρχική θεμελίωση εξαιτίας των υπόγειων υδάτων. Μετά τ γεγνός αυτό διατηρήθηκε τ σύστημα της γενικής κιτόστρω - --σης, αλλά κατασκευάστηκε και μια δεύτερη πλάκα στη στέψη των δκών, μεταβλητύ πάχυς 0.20 + 0.40m, λόγω της ανμιόμ'ρφης επαναφράς της κιτόστρωσης. Από τ σημεί αυτό, η συμπεριφρά της θεμελίωσης παρακλυθήθηκε σε διαδχικά στάδια μέχρι την λκλήρωση τυ συνόλυ σχεδόν της κατασκευής..2_,_ ΕΔΑΦΟΤΕΧΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ Σύμφωνα με την εδαφτεχνική έρευνα πυ πρηγήθηκε της κατασκευής τυ κτιρίυ [1] διαπιστώθηκε συνπτικά ότι επιφανειακά και μέχρι βάθυς τ πλύ 3.0m υφίστανται επιχωματώσεις (μπάζα) πυ συνίστανται από καστανπρόσινη αμμώδη άργιλ με λεπτό χαλίκια. Σε βάθς 3.0m + 5.0m η στρώση απτελείται από μαύρη λεπτή ιλυώδη άμμ με χαλίκια, όστρακα, κελύφη και ργανικά, δηλαδή εδώ εμπεριέχεται παλιός πυθμένας της θάλασσας. Από τα 5.0m ως τα 9.0m δεν υπάρχει σαφής στρωματγραφία, ενώ βαθύτερα υπάρχει αργιλώδες αμμχάλικ με αυξ μειύμενα πσ -στά αργίλυ, άμμυ και χαλίκων. Η στάθμη των υπγείων υδάτων, σε τρεις γεωτρήσεις πυ έγιναν, βpέθηκε σε βάθη κυμαινόμενα από 1.30m ως 2.1 Om. Τα στιχεία αυτά έχυν ιδιαίτερ ενδιαφέρν γιατί πρβλεπόταν η κατασκευή υπγείυ βάθυς 3.50m, πότε η στάθμη θεμε-
λίωσης με γενική κιτόστρωση έφθασε στα 5.0m με υπβιβασμό τυ υδρφόρυ ρίζντα κατά 3.0m περίπυ. Έτσι σε όλες τις φάσεις της κατασκευής υπήρχε τ πρόβλημα της άνωσης σε σχέση με τ ίδι βάρς τυ κτιρίυ. Πρέπει εδώ να σημειωθεί ότι κατά τη διάρκεια τυ μεγαλύτερυ χρνικύ διαστήματς της κατασκευής η άνωση ελεγχόταν με άντληση των υπόγειων υδάτων. 3. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΚΑΘΙΖΗΣΕΩΝ Για τν έλεγχ της συμπεριφράς τυ κτιρίυ εγκαταστάθηκε στ επίπεδ τυ ισγείυ ένα υψμετρικό δίκτυ απτελύμεν από 29 σημεία ελέγχυ (μπυλό νια πακτωμένα σε υπστηλώματα και τιχεία) κατανεμημένα σε όλη την έκταση της κάτψης τυ κτιρίυ (σχ. 1). 21 CΙι '1 1 Σχήμα 1. Υψμετρικό δίκτυ ελέγχυ και η κάτψη ισγείυ. Figure 1. Vertical control network and the ground plan. Ως σταθερή υψμετρική αφετηρία επιλέχθηκε ένα παλιό υψμετρικό σημεί τυ Δήμυ Θεσσαλνίκης σε απόσταση περίπυ 250m από τ κτίρι. Τ σημεί αυτό βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση από τ υπό έλεγχ έργ και πωσδήπτε δεν επηρεάζεται από τις παραμρφώσεις πυ πρκαλύνται από τ τελευταί στν περιβάλλντα χώρ τυ. Η μέτρηση τυ δικτύυ έγινε με τη μέθδ της γεωμετρικής χωρστάθμησης υψίστης ακριβείας με τη βήθεια χωρβάτη εφδιασμένυ με πτικό μικρόμετρ. Τ δίκτυ μετρήθηκε σε έξι συνλικό περιόδυς σύμφωνα με την εξέλιξη των ικδμικών εργασιών. Οι περίδι αυτές ήταν: 335
1. Περίδς Ζ1 (17 Ιανυαρίυ 1990) Μηδενική μέτρηση. Υπόγεια ύδατα υπό άντληση - Κατασκευή σκελετύ μέχρι δαπέδυ ημιρόφυ. 11. Περίδς Ζ2 (14 Μαϊυ 1990) - Υπόγεια ύδατα ελεύθερα - Κατασκευή σκελετύ μέχρι πλάκας 2ou ρόφυ. 111. Περfδς Ζ3 (19 Ιυνίυ 1990) - Υπόγεια ύδατα υπό άντληση - Κ<?τασκευή σκελετύ μέχρι πλάκας 3ou ρόφυ. IV. Περίδς Ζ4 (27 Σεπτεμβρίυ 1990) - Υπόγεια ύδατα υπό άντληση - Κατασκευή σκελετύ μέχρι πλάκας 5ou ρόφ υ. V. Περίδς Ζ5 (21 Μαρτίυ 1991) - Υπόγεια ύδατα υπό άντληση - Ολκλή ρωση σκελετύ και 2/3 τιχπίίας. Ένα από τα σημεία ελέγχυ καταστράφηκε. VI. Περf δς Ζ6 (25 Νεμβρίυ 1991) - Υπόγεια ύδατα ελεύθερα - Σχεδόν πλήρη μόνιμα φρτία. Οκτώ ακόμη σημεία ελέγχυ καταστράφηκαν. Η επίλυση τυ δικτύυ έγινε με τη μέθδ των ελαχίστων τετραγώνων (Πρόγραμμα Ισστάθμισης Χωρσταθμικών Δικτύων LeνNet [5]) και τα μ.τ. σ. (μέσα τετρα γωνικά σφάλματα) των υψμέτρων των σημείων ελέγχυ δεν ξεπέρασαν τα ±2mm στ σύνλ των περιόδων, ακρίβεια πυ θεωρείται ικανπιητική σε σχέση με τις τιμές των καθιζήσεων και τις συνθήκες μέτρησης (εργτάξ ι, υλικά, σκαλωσιές κτλ.). Στ σχ. 2 φαίνεται η μεταβλή των απόλυτων υψμέτρων των σημείων ελέγχυ κατά τις διαδχικές περιόδυς μέτρησης και αντίστιχες φάσεις κατασκευής τυ έργυ. Όπως φαίνεται από τ σχήμα 2, τ σύνλ σχεδόν των σημείων ελέγχυ συμπεριφέρεται με παρόμι τρόπ. Σε απυσία υπγείων υδάτων τα διάφρα σημεία παρυσιάζυν καθιζήσεις πυ κυμαίννται μεταξύ 20 και 30mm ως πρς τη μηδενική μέτρηση. Όταν όμως τα υπόγεια ύδατα είναι ελεύθερα, τότε η άνωση πρκαλεl φαινόμενα ανύψωσης των σημείων (φυσικό κα ι τυ κτιρίυ). Για την καλύτερη μελ έτ η των φαινμένων σχεδιάσθηκαν τα ψηφιακά μντέλα των επιφανειών πυ ρίζυν ι μεταβλές των υψμέτρων των σημείων ελέγχυ μεταξύ της μηδενικής μέτρησης κα ι καθεμ ιάς από τις επόμενες (περίδς Ζ1 με περιόδυς Ζ2, Ζ3, Ζ4 και Ζ5 - εκτός της περιόδυ Ζβ γιτ! καταστράφηκαν αρκετά σημεία) (σχ. 3,4,5,6). Από τα σχήματα 3, 4, 5, 6 παρατηρείται ότι υπάρχει μια διαφρπίηση της συμπεριφράς τυ σημείυ 30 ως πρς τα υπόλιπα σημεία. Τ σημεί αυτό παρυσιάζει μικρότερη απαρχής καθίζηση από τα υπόλιπα σημεία σε όλες τις περιόδυς μέτρησης. Παρατηρε ίτα ι επίσης ότι τα σημεία ελέγχυ μπρύν να μαδπιηθύν ως πρς τη συμπεριφρά τυς σε δύ μάδες πυ διαχωριστικό τυς όρι είναι αρμός διαστλής πυ χωρίζει τ κτίρι σε δύ τμήματα (βλ. σχ. 1 ). Τα πρς την πλευρά της θάλασσας σημεία κατά την περίδ Ζ5 φαίνεται να έχυν μια μέση απαρχής καθίζηση της τάξης των 25 + 30mm, ενώ τα υπόλιπα σήμεία στ τμήμα πρς την δό Βασ. Όλγας παρυσιάζυν καθίζηση της τάξης των 15 + 20mm.
ΜΟΝΙΜΟ Δάπεδ Πλάκα 2υ λάκα 3υ λάκα Sυ Σκελετός+ Σεδόν -8- ΣΗΜΕΙΟ 1 ΦΟΡΤΙΟ παταqιύ ΟQόφυ ΟQόφυ ΟQόφυ 2/3 π ήqες τιχ. φτι 2.460 Δ --- ΣΗΜΕ --.-- ΣΗΜΕΙΟ3 -+- Ι Ο 2 ΣΗΜΕ Ι04 2.410 - ΣΗΜΕΙΟS ΣΗΜΕ ΙΟ6 -Δ ΣΗΜΕΙ07 ΣΗΜΕΙΟ8 - -...-- -- _ 2.360 - ΣΗΜΕΙΟ9,._ δ- :..--ό--..,.., -.s.. Ζ α ω :Σ 2.3 10 :ι:: χ - - - χ -δ:::.:.. --......... ΙΞΙ ΣΗΜΕΙΟ 10 -Ό 0 Σ ΗΜ ΕΙΟ 11 $ --- - --- -::-::-- i- - -- -Β- <.. t3-0 - -- --*- :Σ -- - -+- 3' 2.260 >- < f-.. >- < ΣΗΜΕΙΟ 12 ΣΗΜΕΙΟ 13 ΣΗΜΕΙΟ 14 ΣΗΜΕΙΟ 15 -<{?- Σ ΗΜ ΕΙΟ 17 -χ- ΣΗΜ Ε ΙΟ 18 ι:: <( ΣΗΜ Ε ΙΟ 19 2.210 - + ΣΗΜΕΙ020 2.160 i. Ι 10 -,.._ -& '""'' - -.... Σ.. :{ ' ' ' ' ' ' ', :1 ' Σ Η ΜΕ ΙΟ21 ΣΗΜΕΙΟ22 * Σ ΗΜ Ε Ι023 ΗΜΕΙ0 24 ΣΗΜΕΙΟ25 -+- Σ Η ΜΕΙ026,.._ -&,.._ -&,.._ -& :::::- '& -0- ΣΗΜΕΙΟ27 ω Q. ω ω ; ω. >. ω. > >. > ω -: v "l > v v ""! v - >,... - '<t ω -. ω '-' 3 ::::, :ι c:!. 3 :ι χ χ Μ r::s χ ί(1 χ '-" Ν Ν &% - a. - ΣΗΜΕΙΟ28-0- -Δ- ΣΗΜΕΙΟ29 - ΣΗΜΕ1030 Σχήμα 2. Υψμετ ρικές μεταβλέ ς με την πρόδ των εργασιών. Figure 2. Height variations with the progress of construction. 337
1 ι.ι' -,. ;:;:...... ι...., ι.ο' 11 Σχήμα 3. Τρισδιάστατη σύγκριση σημείων ελέγχυ μεταξύ των περιόδων μεταβλής των υψμέτρων των Ζ2-Ζ1. Figure 3. 30-comparison of the variation of the control point heights between per ί ods Ζ2 -Ζ1........, ι....,._ιι..... 1...!..., ;..._,.ι 11 Σχήμα 4. Τρισδιάστατη σύγκριση μεταβλής των υψμέτρων των σημείων ελέγχυ μεταξύ των περιόδων Ζ3-Ζ1. Figure 4. 30-comparison of the variation of the control poίnt heights between periods Ζ3-Ζ1. Σχήμα 5. Τρισδιάστατη σύγκριση σημείων ελέγχυ μεταξύ των περιόδων μεταβλής των υψμέτρων τ.ων Ζ4-Ζ1. Figure 5. 30-comparison of the variation of the control point heights between periods Ζ4 -Ζ1.
!... s ;... oi0 ;;....,,... 13 Σχήμα 6. Τρισδιάστατη σύγκ ριση μεταβλής των υψμέτρων των σημείων ελέγχυ μεταξύ των περιόδων Ζ5-Ζ1. Figυre 6. 30-comparison of the νariation of the control point heights between periods Ζ5-Ζ1.!.:. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ Συνδυάζντας τα απτελέσματα των μετρήσεων και τα δεδμένα της εδαφτεχνικής μελέτης, πρκύπτυν τα παρακάτω συμπεράσματα πυ θα μπρύσαν να απτελέσόυν τη βάση γ ια την εδαφμηχανική διερεύνηση της συμπεριφράς τυ συγκεκριμένυ έργυ: 1. Σημαντικό ρόλ στη συμπεριφρά τυ κτιρίυ παίζει η άντληση των υπγείων υδάτων ή μη. Είναι γεγνός ότι η σχεδόν λκληρωμένη ικδμή με πλήρη μόνιμα φρτία "ανασηκώθηκε'', όταν σταμάτησε η άντληση των υδάτων. Φαίνεται ότι η κατασκευή υπγε ίυ με γενική κιτόστρωση κατέστησε τη θεμελίωση μερικώς επιπλέυσα και μείωσε την καταπόνηση τυ υπεδάφυς. Τ ερώτημα ωστόσ για τ αν έχει επέλθει ισρρπία στ σύστημα (αν δηλαδή τα νεκρά φρτία έχυν αντισταθμίσει την άνωση) θα μπρέσει να απαντηθεί μόν μετά την εκτέλεση και άλλων περιόδων μέτρησης. 2. Τα υπόγεια ύδατα φαίνεται να επηρέασαν περισσότερ τ τμήμα της ικδμής από τν αρμό διαστλής πρς τη θάλασσα (άνδς περίπυ 10mm, τ υπόλιπ τμήμα άνδς περίπυ Smm), εκεί δηλαδή πυ υδρφόρς ρίζντας ήταν ελαφρά υψηλότερς (δεδμένα γεωτρήσεων από εδαφτεχνική έρευνα, διαφρά περίπυ 0.30m (1)). 3. Δύ σχεδόν χρόνια μετά την έναρξη κατασκευής τυ έργυ, ι συνλικές καθιζήσεις των σημείων ελέγχυ είναι της τάξης των 15 + 20mm έναντι των πρβ,λεπμένων 50mm στα πρώτα τέσσερα και μισό χρόνια ζωής τυ έργυ αυτύ [1]. Σημειώνεται ότι η μηδενική μέτρηση για την παρακλύθηση της συμπεριφράς τυ έργυ έγινε αμtσως μετά την λκλήρωση τυ νέυ συστήματς θεμελίωσης. Υπό την έννια αυτή, μπρύμε να θεωρήσυμε ότι ι πρκύπτυσες καθιζήσεις είναι καθιζήσεις απαρχής της κατασκευής τυ έργυ. 339
Για την πληρέστερη μελέτη των φαινμένων επιβάλλεται η συνέχιση των μετρήσεων με αργό ρυθμό (π. χ. μια μέτρηση ανά έτς) για ένα διάστημα μιας ακόμα τριετίας. Γίνεται φανερό ότι η παρα κλύθηση της συμπεριφράς τυ συστήματς θεμελίωσης (ανεξάρτητα από τη μέθδ θεμελίωσης) είναι απλύτως απαραίτητη σε όλα τα σχετικά μεγάλα ικδμικά έργα πυ θεμελιώννται σε εδάφη κακής πιότητας. Τέτιες διαδικασ ίες ελέγχυ μπρύν να βηθήσυν άμεσα σε περιπτώσεις πρβλημάτων αλλά και έμμεσα με την επιβεβαίωση ή την υπόδειξη αναθεώρησης των θεωριών πυ στηρίζυν πιαδήπτε μελέτη [2]. Για τα ελληνικά δεδμένα, παρόμιες εφαρμγές είναι ελάχιστες, ενώ είναι σαφές ότι ι μετρήσε ις της πραγματικής συμπεριφράς ενός τεχνικ ύ έργυ είναι μια μέθδς πυ μπρεί να επιβεβαιώσει την ασφάλεια αλλά και την ικνμία των κατασκευών. Τα γεωδαιτικά όργανα και ι αντ ίστιχες μέθδι μέτρησης και επεξεργασίας μπρύν να πετύχυν απόλυτα ικανπιητικές ακρίβειες [4] για τ σ κπό αυτό και ένα τυπ ι κό πρόγραμμα μετρήσεων μπρεί εύκλα να ργανωθε ί σε συνεργασία με τυς μελετητές τυ έργυ, τ δε κόστς τυ πργράμματς είναι κυριλεκτικά μη δαμινό σε σύγκριση με τα αναμφισβήτητα φ'έλη πυ πρκύπτυν. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ-ΑΡΘΡΟΓΡΑΦΙΑ [1]. Διδασκάλυ Γ. (1986), ''Εδαφτ εχνική Έρευνα ", Θεσσαλν ί κη. [2]. Δύκας 1. (1988): 'Ή γε ωδα ιτική πρσέγγιση στ πρόβλημα των παραμρφώσεων", Έκδση Εργαστηρίυ Γεωδαισίας Ν 12, Θεσσαλνίκη. [3]. Δύκας 1., Μπαντέλλας Α., Σαββαίδης Π., Υφαντής 1. (1990), "Τεχνική Γεωδαισία : Πεδία εφαρμγών και πρπτικές ", Συνέδρι 'Ό ΑΓΡΟΝΟΜΟΣ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑ ΦΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ ΠΡΟΣ τ 2000. ΕΞΕΛΙΞΗ - ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ - ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ". [4). Μπαντέλλας Α. και Σαββαίδης Π. (1991), Παρακλύθηση Παραμρφώσεων Τεχνικών Έργων και Κατλισθήσεων Εδαφών με Γεωδαιτικές Μεθόδυς, Εκδόσεις Γ. & Κ. Παπαγεωργίυ Ο.Ε., Θεσσαλνίκη. [5]. Σαββαίδης Π. (1992): "Τ πρόγραμμα NetS για την ισστάθμιση των τπγραφικών δκτύων", Επιστημνική Επετηρίδα Πλυτεχνικής Σχλής Α.Π. Θ., (υπό δημσίευση). 340