ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ» ΣΥMΠΕΡΙΦΟΡΑ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗΣ ΔΙΕΡΧΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟ ΕΝΕΡΓΟ ΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΡΗΓΜΑ Ιωάννης Ε. Βρόντζος Γεωλόγος Α.Π.Θ. Επιβλέπων: Αν. καθηγητής Π. Ντακούλας Βόλος, Ιούνιος 2013

ΤΥΠΟΙ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ Σκυροδέματος: Χωμάτινα: βαρύτητας (Concrete Gravity Dams) Τοξοειδή (Concrete Arch Dams) Αντιρηδωτά (Concrete Buttress Dams) Χωμάτινα: με αργιλικό πυρήνα λιθόρριπτα με αργιλικό πυρήνα Λιθόρριπτα με ανάντι πλάκα σκυροδέματος (CFRD)

Βασικά χαρακτηριστικά (B. Cooke & J. Sherard) • Το συμπυκνωμένο λιθόρριπτο επίχωμα με τις μεταβατικές ζώνες • Η πλάκα σκυροδέματος, με ειδικά σχεδιασμένους κατακόρυφους αρμούς • Η πλίνθος, εδραζόμενη σε υγιή βράχο και τον αρμό πλίνθου - πλάκας

Τυπική διατομή σκυροδέματος CFRD ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΚΑΙ ΑΡΜΟΙ Τυπική διατομή σκυροδέματος CFRD Εμπειρική σχέση πλάτους πλίνθου: B = K*H Β = πλάτος της πλίνθου σε m. Κ = εμπειρική τιμή Η = υδραυλικό φορτίο σε m

Οριζόντιος κατασκευαστικός αρμός Κεντρικός κατακόρυφος αρμός συστολής Διάταξη αρμού Πλίνθου-Πλάκας Λεπτομέρεια Α Λεπτομέρεια Β Σύστημα υδατοστεγανότητας

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ & ΔΙΑΤΑΞΗ ΠΛΑΚΩΝ χρήση του αυτo-αναρριχώμενου καλουπιού Τυπική στεγανοποίηση και διάταξη των πλακών σκυροδέματος

ΑΙΤΙΕΣ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΤΩΝ CFRD Υπερχείλιση των αναχωμάτων λόγω ανεπάρκειας του υπερχειλιστή Λάθη στο σχεδιασμό ή στη κατασκευή Γεωλογικά προβλήματα στη θεμελίωση Κατολισθήσεις στον ταμιευτήρα Ανθρώπινοι παράγοντες Λειτουργικοί παράγοντες Επίδραση του υλικού της λιθορριπής Μέτρο μονοδιάστατης συμπίεσης βασάλτη από το φράγμα Μohale (α) κακή διαβάθμιση (β) καλή διαβάθμιση (Ντακούλας 2010)

Καθιζήσεις της λιθορριπής Βύθιση της πλάκας για διάφορες τιμές δυσκαμψίας: (α) Φράγμα σε στενή κοιλάδα με L/H= 2.2 (β) Φράγμα σε ευρεία κοιλάδα με L/H≥ 10 (Μοντέλο Duncan) (Ντακούλας, 2010) Αστοχία λόγω σεισμικής διέγερσης

ΑΣΤΟΧΙΑ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ MOHALE (145 m, Ν. ΑΦΡΙΚΗ, 2000) Υπερχείλιση μετά τις πλημμύρες Μεγάλες καθιζήσεις στη λιθορριπή Σημαντική αύξηση των θλιπτικών τάσεων Αστοχίες της πλάκας σκυροδέματος: b) Barra Grande (c) Mohale Ρωγμές της πλάκας

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΦΡΑΓΜΑΤΩΝ CFRD Υψηλές κλίσεις πρανών λόγω μεγάλης γωνίας διατμητικής αντοχής και απουσίας νερού από τη λιθορριπή Το βάρος του νερού αυξάνει τη δυσκαμψία και αντοχή της λιθορριπής Η συμπύκνωση της λιθορριπής υπό βροχή αποδεκτή ή επιθυμητή Οικονομία υλικών λόγω μεγάλης κλίσης πρανών Εύκολη προσαρμοστικότητα σε διαφορετικές γεωλογικές και τοπογραφικές συνθήκες Εισάγουν σχετικά χαμηλές τάσεις στη θεμελίωση και δέχονται χωρίς θραύση παραμορφώσεις από διαφορικές καθιζήσεις ή σεισμικές ωθήσεις Μικρότερο όγκο επιχώματος και λίγα υλικά προς μεταφορά από άλλες περιοχές Εύκολη συντήρηση, επισκευή καθώς και ασφαλέστερη λειτουργία

ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΛΙΘΟΡΡΙΠΗΣ ΜΕ ΑΝΑΝΤΗ ΠΛΑΚΑ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΣΕ ΤΕΚΤΟΝΙΚΟ ΡΗΓΜΑ 1 m 45o 1 m 1,41 m Αριθμητική ανάλυση: (Abaqus 2010) Προσομοίωση λιθορριπής: Καταστατικό προσομοίωμα των Duncan et al (1970)

ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΤΩΝ CFRD ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΩΝ CFRD Βαθμός συμπύκνωσης Ποιότητα υλικού της λιθορριπής Χαμηλή συμπιεστότητα Εύρος αντοχής σε ανεμπόδιστη θλίψη Υψηλή αντοχή σε διάτμηση Μεγάλη διαπερατότητα Γεωμετρία του φράγματος Ποιότητα των αρμών Ένταση και χαρακτηριστικά της σεισμικής δόνησης Χωρική μεταβλητότητα της σεισμικής διέγερσης ΣΕΙΣΜΙΚΗ ΑΣΦΑΛΕΙΑ ΤΩΝ CFRD Συμπεριφορά των περιμετρικών αρμών της πλίνθου και των αρμών μεταξύ των πλακών Ανάπτυξη ρωγμών στην πλάκα σκυροδέματος λόγω της σεισμικής απόκρισης Δυναμική συνίζηση της λιθορριπής κατά τη σεισμική δόνηση

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Κατασκευή επιχώματος C 25 Smin S11 S22 U1 U2 Πλήρωση λεκάνης Μετατόπιση ρήγματος C 37 C 45 Smin Smax PEmin PEmax

ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΕΠΙΧΩΜΑΤΟΣ 1η στρώση 10 πρώτες στρώσεις

ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΤΟΥ ΕΠΙΧΩΜΑΤΟΣ 20 στρώσεις 60 συνολικά ζώνες μέγιστης διατομής

ΠΛΗΡΩΣΗ ΛΕΚΑΝΗΣ Πλήρωση της λεκάνης σε ύψος 55 m

ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΑΣΗΣ Τελική μετακίνηση της βάσης (1.41m) Μεγέθυνση τμήματος της πλάκας

ΠΟΙΟΤΗΤΕΣ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΗΣ ΠΛΑΚΑΣ Διακριτοποίηση της πλάκας

ΣΧΕΣΗ ΤΑΣΗΣ - ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗΣ a. Εφελκυσμός b. Πίεση

ΜΕΤΑ ΤΟ ΠΕΡΑΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Α Π Ο T Ε Λ Ε Σ Μ Α T Α ΜΕΤΑ ΤΟ ΠΕΡΑΣ ΤΗΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ Καθίζηση U2 Κατακόρυφη ορθή τάση S22

ΜΕΤΑ ΤΗΝ ΠΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΛΕΚΑΝΗΣ Καθίζηση U2 Κατακόρυφη ορθή τάση S22

Βύθιση της πλάκας ως προς την απόσταση (από τον πόδα) U1

Μέγιστη κύρια τάση (μέγιστος εφελκυσμός) Μέγιστη κύρια τάση (μέγιστος εφελκυσμός) Κατά μήκος μετατόπιση της πλάκας U2

Ελάχιστη κύρια τάση Smin (μέγιστη θλίψη)

Ορθή τάση S22 στην κατά μήκος κατεύθυνση της πλάκας Μέγιστη κύρια πλαστική παραμόρφωση PEmax (λόγω εφελκυσμού) στην πλάκα

ΣΤΑΔΙΟ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗΣ ΤΗΣ ΒΑΣΗΣ Βύθιση του σώματος κατά τη διεύθυνση Χ Μετατόπιση του σώματος κατά τη διεύθυνση Υ Μεταβολή κατακόρυφης ορθής τάσης S22

ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΠΛΑΚΑ ΓΙΑ C 25 Βύθιση της πλάκας U1 Μετατόπιση της πλάκας U2 στην κατά μήκος διεύθυνση

Ορθή τάση S22 Μέγιστη κύρια PEmax πλαστική παραμόρφωση

ΓΡΑΦΙΚΗ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΙΜΩΝ ΠΡΙΝ ΚΑΙ ΜΕΤΑ ΤΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ ΤΗΣ ΒΑΣΗΣ Βύθιση της πλάκας U1 Κατά μήκος μετατόπιση της πλάκας U2 Ορθή τάση S22 στην κατά μήκος κατεύθυνση της πλάκας Μέγιστη κύρια πλαστική παραμόρφωση Pemax της πλάκας

ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΠΛΑΚΑ ΓΙΑ C 37 ΚΑΙ C 45 Βύθιση της πλάκας U1 C 37 C 45 Μετατόπιση της πλάκας U2 στην κατά μήκος διεύθυνση C 37 C 45

Ορθή τάση S22 C 37 C 45 Μέγιστη κύρια πλαστική παραμόρφωση PEmax C 37 C 45

ΓΡΑΦΙΚΗ ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΤΙΜΩΝ ΠΡΙΝ ΓΙΑ C 25 – C 37 – C 45 Βύθιση της πλάκας U1 Μετατόπιση της πλάκας U2 στην κατά μήκος διεύθυνση

Ορθή τάση S22 Μέγιστη κύρια πλαστική παραμόρφωση PEmax

Η Παρούσα εργασία οδηγεί στα ακόλουθα συμπεράσματα: Σ Υ Μ Π Ε Ρ Α Σ Μ Α T Α Η Παρούσα εργασία οδηγεί στα ακόλουθα συμπεράσματα: Δυσκαμψία λιθορριπής Υψηλή αντοχή Μετατόπιση βάσης Καταστροφικά αποτελέσματα για την πλάκα σκυροδέματος Δεν απειλείται η ευστάθεια του φράγματος Παρόμοια αποτελέσματα και για τους τρεις τύπους σκυροδέματος Η μέθοδος ανάλυσης Καλύτερη κατανόηση των επιδράσεων διαφόρων παραμέτρων