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

A B C D E Επίδραση εδάφους και ……… ΕC-8 Μ > 5.5 Περιγραφή Παράμετροι A B 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 NSPT > 50 Cu > 250kPa C D E S TB TC M>5.5 M<5.5 A 1.0 0.15 0.05 0.4 0.25 B 1.2 1.35 0.5 C 1.15 1.5 0.20 0.10 0.6 D 1.8 0.8 0.30 E 1.4 1.6 Μ > 5.5

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 ασβέστου με χρήση τσιμέντου qu ποσότητα τσιμέντου

FSL = Συμπύκνωση Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης (τd / σvo΄)L Μείωση μέγιστης σεισμικής επιτάχυνσης Αύξηση της επιτόπου πυκνότητας της άμμου number of cycles

Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης [Επιφανειακή] Δυναμική Συμπύκνωση ΑΥΞΗΣΗ ΤΗΣ ΕΠΙΤΟΠΟΥ ΠΥΚΝΟΤΗΤΑΣ ΤΗΣ ΑΜΜΟΥ Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση

Δυναμική Συμπύκνωση μετά πριν

Δυναμική Συμπύκνωση ζώνη3 ζώνη1 depth (m) Dβελτ ΑΚΑΤΑΛΛΗΛΗ για ζώνη 3 (λεπτόκοκκα) ΚΑΤΑΛΛΗΛΗ για ζώνη 1 (χονδρόκοκκα) ζώνη3 ζώνη1 depth (m) Dβελτ Βάθος επιρροής: Όπου W: πίπτον βάρος (t) H: ύψος πτώσεως (m)

Βαθιά Δονητική Συμπύκνωση Μέθοδος: Ταλάντωση: Vibro-Rod 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 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 Συμπύκνωση Άμμος Ιλ. άμμος Ιλύς Άργιλος Μπάζα Απορρίμματα Άριστη Μέση Φτωχή Μηδενική αναλόγως - …συνήθως για βάθη 3-15m (1m2=10.76sf) Ιλυώδ. άμμος (5-15%) Ομοιόμορφη άμμος Αν-ομοιόμορφη άμμος

Αποτόνωση υπερπιέσεων Μέθοδοι βελτίωσης έναντι ρευστοποίησης Αποτόνωση υπερπιέσεων FSL = (τd / σvo΄)L τd / σvo΄ Μείωση της μέγιστης σεισμικής επιτάχυνσης 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 Έδαφος Συμπύκνωση Άμμος Ιλ. άμμος Ιλύς Άργιλος Μπάζα Απορρίμματα Άριστη Πολύ Καλή Καλή Μηδενική - Ενίσχυση αντοχή  συμπιεστότητα  διαπερατότητα 

Διαστασιολόγηση Χαλικο-Στραγγιστηρίων Διαστασιολόγηση Χαλικο-Στραγγιστηρίων κατεύθυνση ροής όρια επιρροής στραγγιστηρίου στραγγιστήρια

Διαστασιολόγηση Χαλικο-Στραγγιστηρίων ορισμοί… Διαστασιολόγηση Χαλικο-Στραγγιστηρίων Ακτίνα επιρροής De 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. 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 Μέγεθος Σεισμού κατά Richter (M) Αριθμός ισοδύναμων κύκλων με τd=2/3 τmax (Neq) 8 ½ 26 7 ½ 15 6 ¾ 10 6 5~6 5 ¼ 2~3

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 … για δεδομένες τιμές του rg, Tad & Ns/Nl  Rd/Re

Απόκριση Εδαφών Βελτιωμένων έναντι Ρευστοποίησης ΤΕΧΝΗΤΑ νησιά Port & Rokko Απόθεση επί μαλακής αργίλου Σεισμός Kobe (1995) 100 90 80 70 60 50 30 40 10 20 Port Island Rokko Island Range of Measured Values Number of Measurements ΧΑΛΑΡΗ ΑΠΟΘΕΣΗ KAΘΙΖΗΣΗ (cm) Preloading Alone Sand Drains Alone Sand Drains with Preloading ViC Sand Compaction 25 7 13 21 31 11 1 2 Χαλαρή απόθεσ. προ- φόρτιση στραγγ. στραγγ. +προφ βαθιά δονητ. χαλικο-πασσ. (Yasuda et al, 1996)

Απόκριση Εδαφών Βελτιωμένων έναντι Ρευστοποίησης Σεισμοί Loma Prieta (1989) - Kobe (1995) ΣΥΓΚΡΙΣΗ Καμπυλών Ρευστοποίησης με ζεύγη (Ν1)60 – CSR για: βελτιωμένο μη-βελτιωμένο έδαφος Βελτίωση  μη ρευστοποίηση (Mitchell et al, 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