ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ∆ΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ Ε∆ΑΦΩΝ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Με τον όρο «δυναμική» εννοείται η συμπεριφορά που παρουσιάζει το έδαφος υπό την επίδραση δυναμικών τάσεων που επιβάλλονται σε αυτό είδη δυναμικών τάσεων … σεισμοί 0.1 – 2 sec μηχανές <0.01 sec θαλάσσια κύματα 10 – 20 sec ΒΑΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΔΥΝΑΜΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΣΕΩΝ «δυναμικός μ ς χαρακτήρας ρ ρ ς τάσεων και παραμορφώσεων» ρ μ ρφ 1. το επιβαλλόμενο φορτίο στο έδαφος μεταβάλλεται με το χρόνο και η απλοποιημένη σχέση φορτίου – χρόνου είναι κατά προσέγγιση ημιτονοειδούς μορφής. 2. οι επιβαλλόμενες δυναμικές τάσεις και οι παραμορφώσεις είναι ανακυκλικές (ανακυκλιζόμενες) δηλ. συνεπάγονται επαναλαμβανόμενους κύκλους φόρτισης – αποφόρτισης στο έδαφος, σε αντίθεση με τις στατικές φορτίσεις οι οποίες επιβάλλονται στο έδαφος σταθερά και μόνιμα. Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΙ ΕΔΑΦΟΥΣ Χορδικό μέτρο διάτμησης Gsec = τc / γc «βρόγχος β ό υστέρησης» έ Υστερητική απόσβεση ξ(γc) = ∆Ε / 4πΕ Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Ημιελαστικό γραμμικό Υστερητική συμπεριφορά «ανελαστική συμπεριφορά εδάφους» Μη γραμμική – ανελαστική συμπεριφορά G 10-5 10-3 γ απομείωση του G την αύξηση της διατμητικής παραμόρφωσης (γ<10-5) το έδαφος συμπεριφέρεται σαν «ημιελαστικό» γραμμικό υλικό, υλικό ανεξάρτητα από τη συχνότητα και τον αριθμό των κύκλων και με υστερητική απόσβεση (ξ) ≈ 0.03. (10-5<γ<10-3) παρουσιάζει σημαντική υστερητική συμπεριφορά και τα G και ξ εξαρτώνται από το γ. Η συμπεριφορά είναι ανεξάρτητη από τη συχνότητα αλλά ο αριθμός των κύκλων φόρτισης μπορεί να επιδρά ιδιαίτερα στις μαλακές αργίλους και κορεσμένες άμμους. (γ>10-3) δεσπόζει η μη γραμμική – ανελαστική συμπεριφορά και ο αριθμός των κύκλων φόρτισης μπορεί να έχει μεγάλη σημασία. Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών δοκιμή «στήλης συντονισμού» Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Επίδραση Τοπικών Εδαφικών Συνθηκών Έδαφος αποτελεί ένα κυματικό «φίλτρο» και ενισχύει τις συνιστώσες του σεισμικού κύματος με συχνότητες παραπλήσιες με τις δικές του ιδιοσυχνότητες (φαινόμενο συντονισμού) ή απομειώνει τις διαφορετικές Το «ιδιαίτερο» χαρακτηριστικό του εδάφους να ενισχύει ή να απομειώνει τη σεισμική κίνηση αποτελεί τη «δυναμική απόκριση του εδάφους» …. γενικά: οι χαμηλόσυχνες ενισχύονται και οι υψίσυχνες απομειώνονται σε μαλακά ή/και αρκετού πάχους εδάφη Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών H = S V TTS ιδιοπερίοδος εδάφους (ή εδαφικής στρώσης) ΤS 4 Η: το πάχος της στρώσης ≈ n TTb ιδιοπερίοδος δ ί δ κτιρίου ί Τb 10 n: ο αριθμός των ορόφων του κτιρίου θεμελιώδης ιδιοπερίοδος σεισμού στο «σεισμικό υπόβαθρο» ΤR που εξαρτάται ξ ρ από το σεισμικό μ μ μέγεθος, γ ς, την η απόσταση η από το σεισμικό μ ρήγμα κ.λπ. μέγιστη καταπόνηση στο κτίριο όταν: «διπλός συντονισμός» ΤS = Τb = ΤR … ερώτημα … σεισμός Μ=6.5R και 60 km μακριά έχει ΤR = 0,40 sec. Ποίες οι πιθανές βλάβες σε σύγχρονα κτίρια θεμελιωμένα σε «μέσης δυσκαμψίας» αργιλικό έδαφος (VS=400 m/sec) πάχους 20 & 40μ. που υπέρκειται ασβεστολίθων Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Νέος Ελληνικός Αντισεισμικός Κανονισμός (Ν.Ε.Α.Κ. 2000) Χάρτης ζωνών σεισμικής επικινδυνότητας δ ό ….οι σεισμικές επιταχύνσεις αναφέρονται στο «σεισμικό» υπόβαθρο… Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών (Ν.Ε.Α.Κ. 2000) Ταξινόμηση εδαφών από ό άποψη ά σεισμικής ή επικινδυνότητας Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών Ζώνες ς σεισμικής μ ής επικινδυνότητας εδαφών Αθήνας ή ς (Marinos et al., 2007) ZONE Classification C ass cat o for o Seismic Code 1 A, occasionally B 2 A or B 3 B occasionally C B, 4 C, occasionally B 5 X Original mapping: 1:25.000 Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών «δυναμική απόκριση» του εδάφους το γενικό πρόβλημα πως θα αντιδράσει η εδαφική μάζα που υπέρκειται έ του «σεισμικού ύ υποβάθρου»??? βάθ ??? κύριο ερώτημα ζητούμενο • • ενίσχυση εδαφικής κίνησης ή απομείωση της εδαφικής κίνησης …. και πόσο???... ό ??? σε σχέση με το «σεισμικό υπόβαθρο» επίλυση κυρίως μονο-διάστατες αριθμητικές αναλύσεις π.χ. ισοδύναμη γραμμική μέθοδο (Schnabel et al. 1972) δεδομένα για την επίλυση • • • • γεωμετρία «σεισμικού υποβάθρου» «στρωματογραφία» εδαφικών στρώσεων δ δυναμικά ά χαρακτηριστικά ά εδαφικών δ ώ στρώσεων ώ χαρακτηριστικά σεισμικής κίνησης στο «σεισμικό υπόβαθρο» Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών προσδιορισμός βάθους «σεισμικού υποβάθρου» «σεισμικό υπόβαθρο» δύσκαμπτο ελαστικό δύ λ ό μέσο έ επίί του οποίου ί επικάθονται οι σχετικά πιο μαλακές επιφανειακές αποθέσεις κριτήρια ορισμού «σεισμικού υποβάθρου» ελάχιστη τιμή της ταχύτητας μετάδοσης διατμητικών κυμάτων VS (π.χ. 700m/sec) ή του ελαστικού μέτρου διάτμησης Go (π.χ. 1000 MPa) με βάση τη γεωλογική ηλικία των σχηματισμών που συναντώνται σε μια θέση (π.χ. Νεογενή ιζήματα και κάτω αλλά και κάποια Τεταρτογενή …..) …… εργαλεία προσδιορισμού «σεισμικού υποβάθρου» δειγματοληπτικές γεωτρήσεις επιτόπου δοκιμές SPT , Cross Hole …….και και κυρίως «καλή ΓΕΩΛΟΓΙΑ» Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών προσδιορισμός δυναμικών παραμέτρων εδάφους VS από επιτόπου δοκιμές Cross Hole (άμεσα) ή από επιτόπου δοκιμές SPT , CPT (έμμεσα) Vs = 105.7 N60 0.327 για όλα τα εδάφη Vs = 112.2 N60 0.324 για αργιλικά εδάφη … οι πλέον πρόσφατες εμπειρικές σχέσεις για «Ελληνικά» Ελλ ά εδάφη δά Vs = 88.8 N60 0.370 για ιλυώδη εδάφη Vs = 79.7 N60 0.365 για αμμώδη εδάφη (Τsiambaos & Sabatakakis 2010) Vs = 179qc0.394 για όλα τα εδάφη Vs = 176qc0.557 για αργιλικά εδάφη 0 258 V = 194q Vs 194 c0.258 για αμμώδη ώδ εδάφη δά (VS: m/s, qc: MPa) Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών = S 2 VS ρ ......από τη γ γνωστή σχέση oo G Go ή Gmax 1.0 I< 60 < PI PI 0< 40 I< .5 22 5< P 5< G/Go <P . 22 7. .5 <7 0.4 0.2 0.0 1.0x10-4 1.0x10-3 1.0x10-2 1.0x10-1 1.0x100 1.0x101 λό όγος κρίσιμης υ υστερητικής απ πόσβεσης (%) διατμητική παραμόρφωση γc (%) 30 25 η μεταβολή των G και ξ από τις καμπύλες των Vucetic & Dobry (1991) με βάση βά την πλαστικότητα λ ό του εδάφους ή 20 I< <P 7. …….με κανονικές δοκιμές στήλης συντονισμού 5 5 2. 0 <2 I 0 P <4 5< PI 7. < 60 .5 I< 22 P < 40 15 10 5 0 1.0x10-4 1.0x10-3 1.0x10-2 1.0x10-1 διατμητική παραμόρφωση γc (%) 1.0x100 1.0x101 Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών g 40 0.6 γb με ρ την πυκνότητα του εδάφους ( = 0.8 ) Παράδειγμα εφαρμογής στην πόλη της Πάτρας = r xd xa u a fe s mm b a a λόγος εδαφικής επίδρασης a A εγγύς πεδίου σεισμός μ πεδίου σεισμός μ ς ενδιάμεσου Ν. Σαμπατακάκης Αν. Καθηγητής Εργαστήριο Τεχνικής Γεωλογίας Παν/μιο Πατρών