Transcript Παπαδημητρίου - Βελτίωση σεισμικώς επικινδύνων εδαφών

Βελτίωση
Σεισμικώς Επικινδύνων Εδαφών
Αχιλλέας Γ. Παπαδημητρίου
Τμήμα Πολ/Μηχ - Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
apapad.users.uth.gr
ΣΠΜΜ – Ημερίδα Γεωτεχνικών Θεμάτων: Βόλος, 14/5/2010
ΕΑΚ(2000): Εδαφικές Συνθήκες
Εδαφικές συνθήκες
- δεν επιβάλλεται η εκτέλεση γεωτεχνικών ερευνών για την
«κατηγοριοποίηση» του εδάφους
- το υπέδαφος, η τοπογραφία και η γενικότερη γεωλογία πρέπει να
εξασφαλίζουν ότι δε θα υπάρξει κίνδυνος εδαφικής διάρρηξης, αστάθειας
πρανών, μεγάλων μόνιμων παραμορφώσεων ή εκτεταμένης ρευστοποίησης
λόγω σεισμού
- Τέσσερις (4) Κατηγορίες Εδάφους (Α, Β, Γ, Δ): Φάσματα Σχεδιασμού
Μία (1) Κατηγορία Εδάφους (Χ): δόμηση μόνο μετά από λεπτομερείς
έρευνες και μελέτες, εφόσον ληφθούν κατάλληλα μέτρα βελτίωσης
των ιδιοτήτων του εδάφους …
EAK(2000): Εδαφικές Συνθήκες
ρευστοποίηση
ενεργά ρήγματα
αστάθεια πρανών με
χαλαρά κορήματα ή
μαλακά εδάφη (Γ)
δυναμική συνίζηση
(π.χ. μπάζα)
απώλεια αντοχής
(π.χ. ευαίσθητες
άργιλοι)
οργανικά
ΕΝ 1998-1 (EC8): Εδαφικές Συνθήκες
Εδαφικές συνθήκες
- αναγκαιότητα γεωτεχνικών ερευνών για την «κατηγοριοποίηση» του
εδάφους, ανάλογα και με την σημαντικότητα του κτηρίου
- το έδαφος που φέρει ή στηρίζει την κατασκευή, θα πρέπει να μην
κινδυνεύει από εδαφική διάρρηξη, αστάθεια πρανούς ή μόνιμες καθιζήσεις
που οφείλονται σε ρευστοποίηση ή συνίζηση λόγω σεισμού
- Πέντε (5) Κατηγορίες Εδάφους (Α, Β, C, D, E): Φάσματα Σχεδιασμού
Δύο (2) Κατηγορίες Εδάφους (S1 & S2): ειδικές μελέτες για τον
καθορισμό των σεισμικών δράσεων
Επίδραση εδάφους και ……… ΕC-8
Παράμετροι
A
B
C
Αποθέσεις πολύ
πυκνής άμμου,
χαλίκων ή πολύ
στιφρής αργίλου,
πάχους τουλάχιστον
μερικών δεκάδων
μέτρων, που
χαρακτηρίζονται από
βαθμιαία αύξηση, με
το βάθος, των
μηχανικών
χαρακτηριστικών
Vs,30=360-800m/s
TB
TC
M>5.5 M<5.5 M>5.5 M<5.5 M>5.5 M<5.5
A
1.0
1.0
0.15
0.05
0.4
0.25
B
1.2
1.35
0.15
0.05
0.5
0.25
C
1.15
1.5
0.20
0.10
0.6
0.25
D
1.35
1.8
0.20
0.10
0.8
0.30
E
1.4
1.6
0.15
0.05
0.5
0.25
NSPT > 50
5
Μ > 5.5
Cu > 250kPa
4
S e / ag
Περιγραφή
S
3
D
2
B
C
E
A
D
1
E
0
0
0.5
1
T (s)
1.5
Επίδραση εδάφους και ……… ΕC-8
Κατηγορία Εδάφους S1
Αποθέσεις που αποτελούνται ή εμπεριέχουν μια στρώση τουλάχιστον 10m
μαλακής αργίλου ή ιλύος με υψηλό δείκτη πλασιμότητας (PI > 40%) και
υψηλό ποσοστό υγρασίας (ενδεικτικά, Vs,30 < 100m/s και Cu = 10 – 20kPa)
Κατηγορία Εδάφους S2
Αποθέσεις ρευστοποιήσιμων εδαφών, ή ευαίσθητων αργίλων, ή όποιου
άλλου εδαφικού προφίλ δεν εντάσσεται στις Κατηγορίες Α έως Ε ή S1
… χρειάζονται ειδικές μελέτες για τον ορισμό των σεισμικών
δράσεων
… ειδικότερα για την κατηγορία S2 θα πρέπει να εξετασθεί η
πιθανότητα αστοχίας του εδάφους υπό τη σεισμική φόρτιση
Ενεργά ρήγματα
Όχι βελτίωση του εδάφους,
αλλά κατάλληλος σχεδιασμός
της θεμελίωσης
Gazetas et al (2008)
Ρευστοποίηση
Ρευστοποίηση: Ποιοτικά Κριτήρια
Ρευστοποίηση: Ποιοτικά Κριτήρια
Ρευστοποίηση: Ποιοτικά Κριτήρια
Ρευστοποίηση: Ποιοτικά Κριτήρια
Ρευστοποίηση: Ποσοτικός Έλεγχος
Ρευστοποίηση: Ποσοτικός Έλεγχος
Ρευστοποίηση: Ποσοτικός Έλεγχος
Ρευστοποίηση: Ποσοτικός Έλεγχος
Ρευστοποίηση: Ποσοτικός Έλεγχος
Ρευστοποίηση: Αντιμετώπιση
Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης
Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης
Συνηθέστερα…
στραγγιστήρια
Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης
Μείωση Παραμορφώσεων - Σταθεροποίηση
Βαθιά Εδαφική Ανάμιξη
ΑΝΑΜΙΞΗ εδάφους με υλικά «σιμέντωσης»… τσιμέντο, άσβεστο
Τρυπάνι
Διατάξεις
Βαθιά Εδαφική Ανάμιξη
ΑΝΑΜΙΞΗ εδάφους με υλικά «σιμέντωσης»… τσιμέντο, άσβεστο
max qu
με χρήση τσιμέντου
qu
max qu
με χρήση ασβέστου
ποσότητα τσιμέντου
Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης
Συμπύκνωση
(τd / σvo΄)L
FSL =
τd / σvo΄
o Μείωση μέγιστης
σεισμικής επιτάχυνσης
d
amax  vo
 0.65
rd


 vo
g  vo
o Αύξηση της επιτόπου
πυκνότητας της άμμου
number of cycles
Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης
[Επιφανειακή] Δυναμική Συμπύκνωση
Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση
Δυναμική Συμπύκνωση
after
μετά
πριν
before
Δυναμική Συμπύκνωση
ζώνη3
depth (m)
ζώνη1
Dβελτ
Βάθος επιρροής:
D .( m )  0.5 W  H
Όπου W: πίπτον βάρος (t)
H: ύψος πτώσεως (m)
ΑΚΑΤΑΛΛΗΛΗ για ζώνη 3
(λεπτόκοκκα)
ΚΑΤΑΛΛΗΛΗ για ζώνη 1
(χονδρόκοκκα)
Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση
Μέθοδος:
Vibro-Rod
Ταλάντωση: κατακόρυφη
Vibro-Flotation
οριζόντια
… «πάσσαλοι» με διάμετρο 60 – 80cm
Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση: Vibro-Rod
Επιβολή κατακόρυφης ταλάντωσης
στο έδαφος με εύρος ±10~25mm και
συχνότητα ~20Hz
0
μετά
πριν
15
Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση:
Vibro-Flotation
Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση:
Vibro-Flotation
Οριζόντια ταλάντωση στο έδαφος λόγω
έκκεντρης περιστροφής της τορπίλης.
f=30~50Hz
δ=±5~23mm
μήκος τορπίλης: 2~4,5m
βάρος τορπίλης: 4~8t
διάμετρος: 30~45cm
*Dr: σχετική πυκνότητα
στο μέσον μεταξύ
δύο δονήσεων
(καθαρή άμμος)
Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση
Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση
Vibro-Flotation, πιο αποτελεσματική …
Έδαφος
Άμμος
Ιλ. άμμος
Ιλύς
Άργιλος
Μπάζα
Απορρίμματα
Συμπύκνωση
Άριστη
Μέση
Φτωχή
Μηδενική
αναλόγως
-
…συνήθως για βάθη 3-15m
Ιλυώδ.
άμμος
(5-15%)
Ομοιόμορφη
άμμος
(1m2=10.76sf)
Αν-ομοιόμορφη
άμμος
Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης
Αποτόνωση
υπερπιέσεων
(τd / σvo΄)L
FSL =
τd / σvo΄
o Μείωση της μέγιστης
σεισμικής επιτάχυνσης
d
amax  vo
 0.65
rd


 vo
g  vo
ΕΚΤΟΝΩΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΥΠΕΡΠΙΕΣΕΩΝ
κατά τη διάρκεια του σεισμού…
… πρακτικώς (τd/σvo΄)L 
χωρίς συμπύκνωση ή σταθεροποίηση του εδάφους
εγκατάσταση ΣΤΡΑΓΓΙΣΤΗΡΙΩΝ…
ΧΑΛΙΚΟ-ΣΤΡΑΓΓΙΣΤΗΡΙΩΝ (η φθηνότερη λύση)
ΧΑΛΙΚΟ-ΣΤΡΑΓΓΙΣΤΗΡΙΑ
ή χαλικο-πάσσαλοι στραγγιστήρια
με χρήση εξοπλισμού Βαθιάς Δονητικής Συμπύκνωσης
+ και προσθήκη αδρομερούς υλικού από την επιφάνεια
… «πάσσαλοι» με διάμετρο έως 100cm
ΧΑΛΙΚΟ-ΠΑΣΣΑΛΟΙ στραγγιστήρια
Σύνθετη δράση χαλικο-στραγγιστηρίων:
- Επιτάχυνση αποστράγγισης των υδατικών
υπερ-πιέσεων
- Συμπύκνωση εδάφους (άμμοι)
- Ανάληψη φορτίου
- Αύξηση της ισοδύναμης διατμητικής
αντοχής
Συνήθης μέθοδος κατασκευής
χαλικο-πασσάλων:
Vibro-Flotation
Συνήθης μέθοδος κατασκευής
χαλικο-πασσάλων:
Vibro-Flotation
ΧΑΛΙΚΟ-ΠΑΣΣΑΛΟΙ
… σχεδιασμός ανάλογα με τύπο εδάφους
ΑΡΓΙΛΟΙ
π.χ. μείωση καθιζήσεων:St=S/n
ΑΜΜΟΙ
π.χ. αποφυγή ρευστοποίησης
Δu
σvo΄
D/De
ΧΑΛΙΚΟ-ΠΑΣΣΑΛΟΙ
… σχεδιασμός ανάλογα με τύπο εδάφους
αντοχή 
συμπιεστότητα 
διαπερατότητα 
Έδαφος
Άμμος
Ιλ. άμμος
Ιλύς
Άργιλος
Μπάζα
Απορρίμματα
Συμπύκνωση
Ενίσχυση
Άριστη
Πολύ Καλή
Καλή
Μηδενική
Καλή
-
Πολύ Καλή
Πολύ Καλή
Άριστη
Άριστη
Καλή
-
Διαστασιολόγηση
Χαλικο-Στραγγιστηρίων
κατεύθυνση
ροής
όρια επιρροής
στραγγιστηρίου
στραγγιστήρια
Διαστασιολόγηση
Χαλικο-Στραγγιστηρίων
ορισμοί…
Ακτίνα επιρροής De
1.05* S
2 Re  De  
1.13* S
3ό
 ά   
4ό
 ά   
S: πλευρά καννάβου
Διαστασιολόγηση Χαλικο-Στραγγιστηρίων
Βήμα 1: Εκτίμηση αριθμού κύκλων σεισμού ΝS, και με βάση αυτόν την διάρκεια της
ισχυρής φάσης της σεισμικής δόνησης td.
Μέγεθος Σεισμού κατά
Richter (M)
Αριθμός ισοδύναμων
κύκλων με τd=2/3 τmax
(Neq)
8½
26
7½
15
6¾
10
6
5~6
5¼
2~3
Βήμα 2: Εκτιμάς τον αριθμό αρμονικών κύκλων φόρτισης που απαιτούνται για να
ρευστοποιηθεί η δεδομένη στρώση άμμου, Νl (< ΝS)… π.χ. Ns/Nl = (1/FSL)a > 1
Διαστασιολόγηση Χαλικο-Στραγγιστηρίων
Βήμα 3: Υποθέτεις διάμετρο χαλικο-στραγγιστηρίου (2Rd=0.60-1.00m) και τύπο
καννάβου (3-γωνικό ή 4-γωνικό). Επίσης επιλέγεις την επιθυμητή τιμή του λόγου
υδατικών υπερπιέσεων rg = ΔU/σ’VO (=0.30-0.50).
Βήμα 4: Εκτίμηση διαπερατότητας kh και τον συμπιεστότητας mV3 της άμμου.
Διαστασιολόγηση Χαλικο-Στραγγιστηρίων
Tad 
kh
td
 w mv 3 Rd2
… για δεδομένες τιμές του rg, Tad & Ns/Nl  Rd/Re
Απόκριση Εδαφών Βελτιωμένων έναντι Ρευστοποίησης
ΤΕΧΝΗΤΑ νησιά Port & Rokko
100
25
90
Port Island
Rokko Island
80
KAΘΙΖΗΣΗ (cm)
Απόθεση
επί
μαλακής
αργίλου
Σεισμός Kobe (1995)
70
60
25
7
Range of Measured Values
Number of Measurements
13
50
21
40
31
30
11
20
10
0
(Yasuda et al, 1996)
1
Preloading
ΧΑΛΑΡΗ
Χαλαρή
προAlone
ΑΠΟΘΕΣΗ φόρτιση
απόθεσ.
στραγγ.
Sand Drains
Alone
στραγγ.
+προφ
Sand Drains with
Preloading
2
βαθιά
ViC
δονητ.
2
χαλικοπασσ.
Sand Compaction
Απόκριση Εδαφών Βελτιωμένων έναντι Ρευστοποίησης
ΣΥΓΚΡΙΣΗ
Καμπυλών Ρευστοποίησης
με ζεύγη
(Ν1)60 – CSR για:
o βελτιωμένο
 μη-βελτιωμένο έδαφος
Βελτίωση  μη ρευστοποίηση
(Mitchell et al, 1995)
Σεισμοί
Loma Prieta (1989) - Kobe (1995)
Απόκριση Εδαφών Βελτιωμένων έναντι Ρευστοποίησης
Πειράματα Φυγοκεντριστή
(Hausler & Sitar, 2002)
Συμπεράσματα - Προτάσεις
Η εισαγωγή του EC8 στη θέση του ΕΑΚ δεν αλλάζει κάτι
σχετικά με το ποια εδάφη θεωρούνται σεισμικώς επικίνδυνα
Η ρευστοποίηση δεν αφορά μόνον χαλαρές καθαρές άμμους, μα
εν δυνάμει και (χαλαρά) αμμοχάλικα ή ιλυωαμμώδη μίγματα (με
μικρή πλαστιμότητα Ιp < 7 – 12%)
Υπάρχουν «άπειρες» δόκιμες μέθοδοι βελτίωσης σεισμικώς
επικινδύνων εδαφών, μα οι συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες
είναι οι μέθοδοι συμπύκνωσης, σταθεροποίησης και στράγγισης
Μη συνεκτικά εδάφη (άμμοι, ιλύες, χάλικες ή μίγματα): ΟΛΕΣ
Συνεκτικά εδάφη (μαλακές άργιλοι, οργανικά): Σταθεροποίηση
και Χαλικο-πάσσαλοι
Σας ευχαριστώ για την προσοχή σας !
Αχιλλέας Γ. Παπαδημητρίου
Τμήμα Πολ/Μηχ - Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας
apapad.users.uth.gr
ΣΠΜΜ – Ημερίδα Γεωτεχνικών Θεμάτων: Βόλος, 14/5/2010