Non-linear seismic interaction between soil and slender structure
Authors: Λώλη Μαριάννα 
Published: August 2021

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής είναι η θεωρητική και πειραματική τεκμηρίωση της ιδέας της σεισμικής μόνωσης κατασκευών εξ ωπλισμένου σκυροδέματος μέσω της εκούσιας υπο-διαστασεολόγησης της θεμελίωσης η οποία θα επιφέρει μή γραμμική συμπεριφορά του συστήματος εδάφους-θεμελιώσεως με αποτέλεσμα τη λικνιστική απόκριση της κατασκευής. Στην κατεύθυνση αυτήν εκτελέστηκαν οι παρακάτω εργασίες: (I) Πειράματα μικρής κλίμακας σε 1-g και φυγοκεντριστή στα οποία διερευνήθηκε η συμπεριφορά ελαστικού βάθρου θεμελιωμένου επί επιφανειακών πεδίλων διαφόρων μεγεθών. Επιβλήθηκαν τόσο δυναμικές όσο και στατικές φορτίσεις ώστε να εξεταστούν τα πιθανά οφέλη των υπο-διαστασεολογημένων θεμελιών σε σχέση με τα συμβατικώς σχεδιασμένα. (II) Αναπτύχθηκε και τεκμηριώθηκε μή-γραμμική αριθμητική μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για την εμβάθυνση στους μηχανισμούς απόκρισης επιφανειακών θεμελίων με έμφαση σε περιπτώσεις εδαφικής αστοχίας. Στα ανωτέρω ενσωματώθηκε η μεθοδολογία των Anastasopoulos et al. [2010] η οποία επεκτάθηκε ώστε να λαμβάνει υπόψιν φαινόμενα μικρής κλίμακας σε μη συνεκτικό έδαφος. (III) Για την ρεαλιστική προσομοίωση της μή γραμμικής απόκρισης της ανωδομής υιοθετήθηκε η πρωτοποριακή διαδικασία των Knappett et al [2011] η οποία επεκτάθηκε ώστε, με βάση αυτή, να κατασκευαστούν πειραματικά ομοιώματα σύγχρονων βάθρων γεφυρών σε κλίμακα 1:50. Κατασκευάστηκαν 26 ομοιώματα, ενώ η τεκμηρίωση της ορθότητας της προσομοίωσης πραγματοποιήθηκε μέσω δοκιμών καμπτικής φόρτισης 4 σημείων. (IV) Εκτελέστηκαν 4 πειράματα φυγοκεντριστή στα οποία συγκρίθηκε η σεισμική συμπεριφορά δύο ζευγών βάθρων γεφυρών θεμελιωμένων επί συμβατικού ή υπο-διαστασεολογημένου επιφανειακού πεδίλου. Σε κάθε περίπτωση εξετάστηκαν δύο σενάρια φόρτισης επιβάλλοντας τη διέγερση στη βάση της εδαφικής στήλης ώστε να διερευνηθεί η επιρροή της αλληλουχίας των σεισμικών γεγονότων. (V) Προκειμένου να διερευνηθούν τρόποι περαιτέρω βελτίωσης της συμπεριφοράς των σεισμικώς μονωμένων –μέσω λικνιστικής απόκρισης του θεμελίου- συστημάτων, εκτελέστηκαν επιπλέον 9 δοκιμές φυγοκνετριστή (4 υπό στατική και 5 υπό δυναμική φόρτιση). Στόχος των εν λόγω πειραμάτων ήταν η πρόταση υβριδικών θεμελίων τα οποία θα εξασφαλίζουν μεν τη λικνιστική απόκριση χωρίς όμως να συσσωρεύουν καθιζήσεις. Για τον σκοπό αυτόν προτάθηκαν οι εξής μέθοδοι “αναβάθμισης”: (i) πέδιλο μεταβλητής γεωμετρίας του οποίου η λικνιστική δυσκαμψία και αντοχή αυξάνει έπειτα από μία δεδομένη τιμή της στροφής (ii) σεισμικώς μονωμένο πέδιλο επί καταλλήλως εγκιβωτισμένου εδάφους το οποίο περιορίζει τη δυνατότητα εδαφικής αστοχίας τύπου φέρουσας ικανότητας εξαναγκάζοντας το θεμέλιο σε λικνιστική απόκριση (iii) συνδυασμός συμπύκνωσης με ομάδα 2 x 2 ασύνδετων πασσάλων (ένας σε κάθε γωνία του θεμελίου); και (iv) κάνναβος μικροπασσάλων. Τα αποτελέσματα της έρευνας επιβεβαιώνουν τα οφέλη της λικνιστικής απόκρισης ως μέσου σεισμικής μόνωσης κατασκευών τα οποία συνοψίζονται ως: (i) μείωση της σειμικής επιτάχυνσης που μεταδίδεται στην ανωδομή; (ii) ενίσχυση της πλαστιμότητας του συστήματος; (iii) περιορισμός της μόνιμης (μή-αναστρέψιμης) μετακίνησης στο κατάστρωμα ; και (iv) περιορισμός της συσσώρευσης βλαβών λόγω διαδοχικών σεισμικών γεγονότων. Ταυτοχρόνως, αναδείχθηκαν τα κύρια μειονεκτήματα του εν λόγω σχεδιασμού, το κυρίαρχο εκ των οποίων είναι η σταδιακή συσσώρευση καθιζήσεων κατά τον λικνισμό λόγω της μή-γραμμικής εδαφικής συμπεριφοράς. Εντούτοις, τα αποτελέσματα των δοκιμών ανέδειξαν τα προαναφερθέντα υβριδικά συστήματα ως ικανά να διατηρήσουν τα οφέλη της λικνιστικής απόκρισης περιορίζοντας δραστικά τη συσσώρευση των καθιζήσεων.