Ανάλυση της σεισμικής απόκρισης ρευστοποιήσιμων εδαφών με υπολογιστικές μεθόδους
Authors: Τσιάπας Ιωάννης 
Published: September 2021

H ρευστοποίηση λόγω σεισμού είναι ένα από τα πλέον καταστρεπτικά φαινόμενα της Γεωτεχνικής Σεισμικής Μηχανικής. Για αυτό το λόγο, οι υφιστάμενοι Αντισεισμικοί Κανονισμοί έχουν εξαιρέσει τα ρευστοποιήσιμα εδάφη από τις τυπικές κατηγορίες εδαφών, εκτός εάν ο κίνδυνος ρευστοποίησης αντιμετωπισθεί πλήρως, μέσω (α) καθολικής (με το βάθος) βελτίωσης του εδάφους και (β) χρήσης πασσάλων. Ως εκ τούτου, το ενδιαφέρον για τη σεισμική απόκριση ρευστοποιήσιμων εδαφών είναι σχετικά μικρό και επομένως το εν λόγω θέμα έχει μελετηθεί ελάχιστα από την διεθνή επιστημονική κοινότητα έως σήμερα.Παρόλα αυτά, αρκετές πρόσφατες πειραματικές και θεωρητικές έρευνες έχουν θέσει σε αμφισβήτηση τον ανωτέρω περιορισμό, αποδεικνύοντας ότι η ύπαρξη μιας μη ρευστοποιήσιμης επιφανειακής στρώσης, επαρκών διαστάσεων και αντοχής, πάνω από ρευστοποιήσιμες εδαφικές στρώσεις μπορεί να επιτρέψει την χρήση επιφανειακών θεμελιώσεων και να ικανοποιήσει τόσο τα κριτήρια ασφάλειας και όσο και τα κριτήρια επιτελεστικότητας. Ως εκ τούτου, το ενδιαφέρον για τη σεισμική απόκριση στην επιφάνεια ρευστοποιήσιμων εδαφών έχει σήμερα αναζωπυρωθεί, καθώς η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση και το αντίστοιχο ελαστικό φάσμα σχεδιασμού αποτελούν βασικές παραμέτρους για τον αντισεισμικό σχεδιασμό τόσο της ανωδομής όσο και της θεμελίωσης. Ενόψει των ανωτέρω, η παρούσα Διδακτορική Διατριβή στοχεύει στο να συνεισφέρει στο αντισεισμικό σχεδιασμό των δομικών κατασκευών, μελετώντας διεξοδικά τη σεισμική απόκριση ρευστοποιήσιμων εδαφών σε συνθήκες ελεύθερου πεδίου και αναπτύσσοντας εμπεριστατωμένες μεθοδολογίες για την αξιόπιστη εκτίμηση των αντίστοιχων σεισμικών δράσεων (δηλαδή της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης και του ελαστικού φάσματος απόκρισης στην επιφάνεια του εδάφους), οι οποίες αποτελούν βασικά δεδομένα σχεδιασμού. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην ανάπτυξη απλών κριτηρίων και αριθμητικών μεθόδων προσανατολισμένων σε έμπειρους, αλλά όχι απαραίτητα εξειδικευμένους, Μελετητές-Μηχανικούς. Επιπρόσθετα, η παρούσα Διδακτορική Διατριβή εξετάζει τις συνθήκες που απαιτούνται έτσι ώστε οι ρευστοποιημένες εδαφικές στρώσεις να απομειώνουν αποτελεσματικά τη σεισμική κίνηση, παρέχοντας έτσι «φυσική σεισμική μόνωση» των επιβαλλόμενων σεισμικών δράσεων.Πιο συγκεκριμένα, πραγματεύεται τα ακόλουθα θέματα: (i) Ανάπτυξη και τεκμηρίωση μιας αριθμητικής μεθοδολογίας που θα επιτρέπει την ακριβή (κατά το δυνατόν) εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης ρευστοποιήσιμων εδαφών υπό συνθήκες ελεύθερου πεδίου, χρησιμοποιώντας μη-γραμμικές, πλήρως συζευγμένες, δυναμικές, αριθμητικές αναλύσεις ενεργών τάσεων. Η εν λόγω μεθοδολογία θα μπορεί να αξιοποιηθεί είτε για την ανάλυση και το σχεδιασμό συγκεκριμένων κατασκευών και θεμελιώσεων ή για την παραμετρική διερεύνηση των μηχανισμών και των παραγόντων που επηρεάζουν τη σεισμική απόκριση ρευστοποιήσιμων εδαφών (όπως σε αυτή τη Διατριβή). (ii) Ανάπτυξη απλοποιημένων μεθοδολογιών για την αξιόπιστη εκτίμηση της σεισμικής απόκρισης στο ελεύθερο πεδίο (μέγιστη εδαφική επιτάχυνση και ελαστικά φάσματα απόκρισης) σε ρευστοποιήσιμα εδάφη, αξιοποιώντας μεθόδους που χρησιμοποιούνται ευρέως στην πράξη (π.χ. ισοδύναμες γραμμικές αναλύσεις τύπου SHAKE). Είναι επιθυμητό, αν και αρκετά αισιόδοξο, οι εν λόγω μεθοδολογίες να μπορέσουν μελλοντικά να ενσωματωθούν στο πλαίσιο των υφιστάμενων Αντισεισμικών Κανονισμών. (iii) Διατύπωση απλών κριτηρίων για τον a-priori καθορισμό της ικανότητας ενός δεδομένου ρευστοποιήσιμου εδαφικού προφίλ να απομειώνει ή να ενισχύει τη σεισμική κίνηση ανάλογα με τις υφιστάμενες εδαφικές συνθήκες και τα χαρακτηριστικά της αναμενόμενης σεισμικής δόνησης. Τα εν λόγω κριτήρια είναι σημαντικά για την λήψη αποφάσεων σχετικά με τη ανάγκη μερικής ή ολικής με το βάθος βελτίωσης των ρευστοποιήσιμων εδαφικών στρώσεων, προς βελτιστοποίηση του αντισεισμικού σχεδιασμού των υπερκείμενων δομικών κατασκευών.