Μελέτη της σεισμικής συμπεριφοράς των σύγχρονων τεχνικών ενίσχυσης εδαφικών πρανών
Authors: Τζαβάρα Ιωάννα 
Published: August 2021

Ο αντισεισμικός σχεδιασμός άοπλων και οπλισμένων πρανών και επιχωμάτων είναι ένα θέμα μείζονος σημασίας σε παγκόσμιο επίπεδο κυρίως λόγω των περιβαλλοντικών και οικονομικών επιπτώσεων που επιφέρει το ενδεχόμενο αστοχίας τους. Οι παράγοντες που μπορούν να προκαλέσουν αστάθεια ή αστοχία θεωρούνται: (α) αυτοί που τείνουν να αυξήσουν τις διατμητικές τάσεις που αναπτύσσονται στο έδαφος και (β) αυτοί που τείνουν να μειώσουν τη διατμητική αντίστασή του. Για τον λόγο αυτόν, στην παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζεται τόσο η αδρανειακή όσο και η κινηματική σεισμική καταπόνηση γεωσυνθετικά οπλισμένων γεωκατασκευών, οι οποίες αντίστοιχα προκαλούνται από τη διάδοση των σεισμικών κυμάτων και εξαιτίας μόνιμων επιβαλλόμενων παραμορφώσεων λόγω τεκτονικής διάρρηξης στο υπόβαθρο της γεωκατασκευής. Ο σχεδιασμός των γεωσυνθετικά οπλισμένων πρανών βασίζεται στην τροποποίηση των κλασσικών μεθόδων οριακής ισορροπίας για την εκτίμηση της ευστάθειας απλών εδαφικών πρανών. Η πιθανή επιφάνεια αστοχίας σε ένα οπλισμένο εδαφικό πρανές θεωρείται ότι προσδιορίζεται από την ίδια εξιδανικευμένη γεωμετρία (αλλά όχι θέση) όπως και στην περίπτωση μη ενισχυμένου πρανούς. Στις εξισώσεις ισορροπίας λαμβάνεται υπόψη και η αντοχή των οπλισμών ως η μικρότερη εκ των δύο: (α) αντοχής σε εξόλκευση και (β) εφελκυστικής αντοχής. Ο βασικός στόχος είναι ο συντελεστής ασφαλείας για ένα οπλισμένο πρανές να είναι επαρκής κατ’ αντιστοιχία με ένα μη ενισχυμένο πρανές. Η πιο συνήθης προσέγγιση για την ανάλυση της σεισμικής ευστάθειας των ενισχυμένων γεωκατασκευών με γεωσυνθετικά βασίζεται στη ψευδοστατική μέθοδο, όπου οι αναπτυσσόμενες σεισμικές δυνάμεις θεωρείται ότι ισούνται με το γινόμενο του σεισμικού συντελεστή και του βάρους της ολισθαίνουσας μάζας.Από τη άλλη πλευρά, είναι γνωστό ότι οι γεωκατασκευές είναι εύκαμπτα συστήματα, τα οποία χαρακτηρίζονται από σχετικά μεγάλες ιδιοπεριόδους. Ως εκ τούτου, οι μεθοδολογίες μονίμων παραμορφώσεων που εφαρμόζονται για την εκτίμηση των μόνιμων σεισμικών μετακινήσεων εξαιτίας της διάδοσης των σεισμικών κυμάτων βασίζονται στις ακόλουθες προσεγγίσεις: (α) την απλοποιημένη δυναμική ανάλυση, η οποία βασίζεται σε ένα απλό προσομοίωμα άκαμπτου ολισθαίνοντος τεμάχους πουολισθαίνει επί κεκλιμένου επιπέδου (τροποποιημένο προσομοίωμα Newmark), (β) με ασύζευκτη δυναμική ανάλυση, όπου αρχικά υπολογίζεται η απόκριση της συνολικής γεωκατασκευής και σε δεύτερο στάδιο εκτιμάται η δυναμική απόκριση της ολισθαίνουσας εδαφικής μάζας σε όρους μιας ισοδύναμης χρονοϊστορίας επιτάχυνσης, και (γ) με συζευγμένη δυναμική ανάλυση, όπου λαμβάνεται ταυτόχρονα υπόψη τόσο η δυναμική απόκριση της ολισθαίνουσας εδαφικής μάζας, όσο και η ανάπτυξη της σεισμικά συσσωρευόμενης ολίσθησης.Με βάση τα προαναφερθέντα, στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνονται κατάλληλες αναλυτικές μεθοδολογίες (ισοδύναμα συστήματα ταλάντωσης με δυνατότητα ανάπτυξης ολίσθησης στη βάση τους σε οριζόντιο και κεκλιμένο επίπεδο) όπου λαμβάνονται υπόψη η ευεργετική παρουσία των οπλισμών. Στην εκτενή διερεύνηση που διενεργήθηκε ελήφθησαν υπόψη οι πιο σημαντικοί παράμετροι που υπεισέρχονται, όπως: η ευκαμψία, η κρίσιμη επιτάχυνση, τα χαρακτηριστικά της δυναμικής διέγερσης φόρτισης, οι μηχανικές ιδιότητες του εδαφικού υλικού και των γεωσυνθετικών, η διατμητική αντοχή της διεπιφάνειας των υλικών, κ.α. Η σύγκριση της ασύζευκτης και συζευγμένης απόκρισης συντελεί στον ακριβέστερο προσδιορισμό των αναπτυσσόμενων σεισμικών μετακινήσεων. Αποδεικνύεται ότι τα χαρακτηριστικά και ο τρόπος ανάπτυξης της παραμένουσας παραμόρφωσης εξαρτώνται από την ιδιοπερίοδο της κατασκευής, την περίοδο της διέγερσης, τη διατμητική αντοχή της διεπιφάνειας των υλικών και τη μέγιστη επιβαλλόμενη επιτάχυνση.Επιπροσθέτως, για την πλήρη εξέταση και την καλύτερη κατανόηση του φαινομένου, καθώς και για να γίνει μία σύγκριση των διαφόρων μεθόδων (ψευδοστατικές, μονίμων παραμορφώσεων, πειραματικές και αριθμητικές) πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων. Η υπολογιστική προσομοίωση των υπό εξέταση γεωκατασκευών διενεργήθηκε λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση διαφόρων σημαντικών παραμέτρων, όπως το υλικό του εδάφους και των γεωσυνθετικών, η γεωμετρία του προσομοιώματος, τα χαρακτηριστικά των σεισμικών διεγέρσεων, κ.α. Επισημαίνεται ότι για την υλοποίηση των αριθμητικών προσομοιώσεων και την επαλήθευση των εξαγόμενων αποτελεσμάτων, αξιοποιήθηκαν τα διαθέσιμα δεδομένα και αποτελέσματα πειραμάτων φυγοκέντρισης της διεθνούς βιβλιογραφίας.Τέλος, στο πλαίσιο της διερεύνησης της κινηματικής καταπόνησης των εξεταζόμενων γεωκατασκευών διερευνήθηκε για πρώτη φορά ο μηχανισμός διάδοσης της τεκτονικής διάρρηξης στο σώμα ενός οπλισμένου επιχώματος ή πρανούς. Αυτό επετεύχθη μέσω της διεξαγωγής κατάλληλων αριθμητικών αναλύσεων με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Για τον σκοπό αυτό διεξήχθη μία εκτενής παραμετρική διερεύνηση σε προσομοιώματα χαρακτηριστικών τύπων οπλισμένων πρανών και επιχωμάτων στα οποία επιβαλλόταν διαφόρων ειδών μετακινήσεις υποκείμενων ρηγμάτων. Από τα αποτελέσματα διαπιστώνεται πως οι μόνιμες παραμορφώσεις των γεωκατασκευών εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά και τη θέση του ρήγματος, από τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά και το υλικό του επιχώματος, καθώς και από τις ιδιότητες και τη διάταξη των οπλισμών.