Μεθοδολογία αυτοματοποιημένης εκπόνησης Μικροζωνικών Μελετών Σεισμικής Επικινδυνότητας με διαλειτουργικά Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών. Εφαρμογή σε ελληνική πόλη
Authors: Παπαδοπούλου Μαρία 
Published: September 2021

Αντικείμενο της παρούσης Διδακτορικής Διατριβής ήταν η ανάπτυξη αριθμητικής μεθοδολογίας με την οποία εκτιμούνται λεπτομερώς και με πληρότητα οι παράμετροι που περιγράφουν τη δυναμική απόκριση του εδάφους υπό μονοδιάστατη σεισμική φόρτιση. Η μελέτη της σεισμικής απόκρισης των αποθέσεων του εδάφους στον χώρο μιας κατασκευής απαιτεί την εκτίμηση της στρωματογραφίας του εδάφους, των δυναμικών ιδιοτήτων του εδάφους και της αναμενόμενης σεισμικής διέγερσης. Οι μικροζωνικές μελέτες προϋποθέτουν τη ρεαλιστική γνώση των εδαφικών συνθηκών, την ταυτόχρονη επίλυση πολλαπλών θέσεων εδαφικών τομών, τη συσχέτιση πολυθεματικών δεδομένων, τη διαχείριση βάσεων, καθώς και την πληρέστερη εξέταση των κύριων και δευτερευόντων φαινομένων που συνδέονται με τη σεισμική εδαφική απόκριση και τα αποτελέσματα στις κατασκευές. Με στόχο να εξετάζει συνολικά το φαινόμενο και να αυτοματοποιεί τις μικροζωνικές μελέτες σεισμικής επικινδυνότητας, η μεθοδολογία ανέπτυξε συνολικά πέντε αυτόνομες θεματικές μεθοδολογίες, οι οποίες είναι: (1) Ισοδύναμα γραμμική Ανάλυση της μονοδιάστατης σεισμικής εδαφικής απόκρισης, (2) Σημασιολογικός Διερμηνέας, (3) Έλεγχος του Κινδύνου Ρευστοποίησης για τρεις τύπους επιτόπιων μετρήσεων (Crosshole ή Downhole, SPT, CPT), (4) Φάσματα Fourier και Αντίστροφοι Μετασχηματισμοί, (5) Φάσματα (ελαστικής) Απόκρισης Κατασκευών. Οι μεθοδολογίες αναπτύχθηκαν σε ενιαίο λογισμικό στο οποίο δόθηκε το ακρωνύμιο GeoSeism. Με στόχο κυρίως την εφαρμογή σε μια τυπική ελληνική πόλη (Βόλος), αναπτύχθηκε το αυτόνομο σύστημα Βάσης Διαχείρισης γεωτεχνικών και πολυθεματικών εδαφικών Δεδομένων HelGeoRDaS_uTH, στο οποίο και καταχωρήθηκε επίσης ένα αξιόλογο περιεχόμενο. Με την αυτοματοποιημένη συνεργασία όλων των αυτόνομων παραπάνω μονάδων, το GeoSeism αποκτά δομή πρότυπου διαλειτουργικού Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών.Ειδικότερα:(1). Ισοδύναμα γραμμική Ανάλυση της μονοδιάστατης σεισμικής εδαφικής απόκρισης: Φέρει το όνομα Άρτεμις. Αποτελεί σύγχρονη αναπαραγωγή της αριθμητικής μεθόδου του SHAKE (Schnabel et al., 1972). Χρησιμοποιεί την ακριβή μαθηματική λύση της κυματικής εξίσωσης για τη γενική περίπτωση των πολυστρωματικών σχηματισμών που υπέρκεινται σε εύκαμπτο βραχώδες υπόβαθρο. Είναι αξιόπιστη στα όρια των παραδοχών της μονοδιάστατης ισοδύναμα γραμμικής μεθόδου. Οι έλεγχοι επιβεβαιώνουν ότι τα αποτελέσματα του GeoSeism συμφωνούν με τα αποτελέσματα προγραμμάτων που εφαρμόζουν τη μέθοδο αυτή, όπως είναι το SHAKE91 (Idriss and Sun, 1992) και το EERA (Bardet et al, 2000), καθώς επίσης και με τα αποτελέσματα του προγράμματος πεπερασμένων διαφορών FLAC (Itasca, 2011). Προσεγγίζει τη μη γραμμική υστερητική συμπεριφορά των εδαφών για επιβαλλόμενες διατμητικές παραμορφώσεις πλάτους έως 0.2 % - πρακτικά μέχρι και τους ισχυρούς σεισμούς. (2). Σημασιολογικός Διερμηνέας: Προτείνεται από την παρούσα Διατριβή ως όρος και ως μεθοδολογία. Στόχο έχει να καλύπτει τις ελλείψεις των δεδομένων με βάση τις θεμελιώδεις γνώσεις ενός επιστημονικού πεδίου ώστε να αποκτούν ολοκληρωμένο νόημα και να εξοικονομείται χρόνος στις υπολογιστικές διαδικασίες του χρήστη της Πληροφορίας. Η Πυθία, είναι ένας πρώτος τέτοιος αλγόριθμος που αναπτύχθηκε. Η μεθοδολογία της επιδιώκει να διαμορφώνει γεωτεχνική πληροφορία από τα δεδομένα των ΓΣΠ, δηλαδή επιτελεί γεωτεχνική ερμηνεία (επεξεργασία και ανάλυση) κι όχι απλή ανάκτηση και συσχέτιση δεδομένων.(3). Έλεγχος του Κινδύνου Ρευστοποίησης: Φέρει το όνομα Πολυνόη. Επιτελεί ποιοτικό έλεγχο με βάση εμπειρικά κριτήρια και ποσοτικό έλεγχο με βάση την εμπειρική μεθοδολογία των Youd and Idriss (2001) για τους τρεις τύπους μετρήσεων (CH/DH, SPT, CPT).(4). Φάσματα Fourier και Αντίστροφοι Μετασχηματισμοί: Ο κώδικας φέρει το όνομα Θεμιστόκλεια. Αναπτύσσεται με βάση τον Ευθύ και τον Αντίστροφο Διακριτό Μετασχηματισμό Fourier, με τρόπο που να επιτρέπει την επεξεργασία των ενδιάμεσων αποτελεσμάτων και την αυτόνομη λειτουργία καθενός μετασχηματισμού της μεθοδολογίας. (5). Φάσματα Απόκρισης Κατασκευών: Ο κώδικας φέρει το όνομα Πενθεσίλεια. Υπολογίζει τη δυναμική επιβάρυνση για τον αντισεισμικό σχεδιασμό των κατασκευών σε όρους φασμάτων ελαστικής απόκρισης μονοβάθμιων κατασκευών και διάφορες τιμές ιξώδους απόσβεσης. Αναπτύχθηκε με βάση την αριθμητική εν χρόνω ολοκλήρωση του αλγόριθμου των Nigam and Jennings (1968).Στη Διατριβή αναπτύχθηκαν επίσης δυο σχεσιακές Βάσεις δεδομένων, οι οποίες είναι:(α) Η Βάση Διαχείρισης γεωτεχνικών και πολυθεματικών εδαφικών Δεδομένων με το όνομα Καλλιπάτειρα: Είναι εξαρτημένη στο GeoSeism, με ρόλο κεντρικής διαχείρισης Βάσεων δεδομένων ΓΣΠ. Παρουσιάζει ένα πρότυπο συνδέσμου ο οποίος χρησιμοποιεί γεωγραφικές και γεωτεχνικές αναφορές προκειμένου να ανταλλάσει τα δεδομένα πολλών διαφορετικών μονάδων (με λογισμικά, ΓΣΠ, κ.λπ.). Το πρότυπο δεν είναι προς το παρόν τόσο εξελιγμένο όσο είναι οι αντίστοιχες υπερ-Βάσεις των σύγχρονων ΓΣΠ. Εφαρμόζεται ωστόσο (εδώ) για πρώτη φορά σε μεθοδολογία η οποία έχει στόχο την αυτοματοποιημένη εκπόνηση ΜΜΣΕ.(β) Η Βάση Διαχείρισης γεωτεχνικών και πολυθεματικών εδαφικών Δεδομένων με το ακρωνύμιο HelGeoRDaS_uTH: Έχει τον ρόλο τράπεζας πληροφοριών, εξωτερικής σε σχέση με το GeoSeism. Αποθηκεύει, διαχειρίζεται και διαχέει πρωτογενή πολυθεματικά δεδομένα σε επίπεδο πόλης. Εφαρμόζει προδιαγραφές συντακτικών προτύπων κοινές με τα διαλει-τουργούντα ΓΣΠ. Στην τρέχουσα έκδοση καταχωρήθηκαν ήδη χωρικά δεδομένα για 342 διακριτές Θέσεις Έρευνας (εδαφικές στήλες) με τη μέγιστη πληροφορία καθεμιάς. Είναι η πρώτη φορά που συλλέγονται, αλληλοσυμπληρώνονται και καταχωρούνται ψηφιακά όλα τα διαθέσιμα δεδομένα για το σύνολο της πόλης του Βόλου (τυπική ελληνική πόλη). Κάθε Θέση συνοδεύουν χωρικά δεδομένα, τα οποία αναφέρονται στις φυσικές και μηχανικές ιδιότητες (εργαστηριακές δοκιμές, SPT, CPT, CH, DH) και τη γεωμετρία σε διάφορα βάθη των εδαφικών στρώσεων, καθώς και σε γεωλογικές περιγραφές, υδρολογικά και τοπο-γραφικά στοιχεία, κ.ά. Την επιστημονική και τεχνική αρτιότητα όλων των παραπάνω προϊόντων της Διατριβής, επιβεβαίωσαν οι έλεγχοι που έγιναν συγκρίνοντας τα αποτελέσματα του GeoSeism με εκείνα άλλων λογισμικών, καθώς και η πιλοτική εφαρμογή της συνολικής μεθοδολογίας σε ένα τμήμα της παραλιακής ζώνης της πόλης του Βόλου.