Γεώργιος Δ. Μπουκοβάλας Καθηγητής E. M. Π. Ευρωκώδικας EC-8 (ΕΝ 1998) Αντισεισμικός Σχεδιασμός Φερουσών Κατασκευών Μέρος 1: Σεισμικές Δράσεις Γεώργιος Δ. Μπουκοβάλας Καθηγητής E. M. Π. Βόλος - 13/05/2010

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ EC-8 Θεμελιώδεις απαιτήσεις, του σχεδιασμού και της κατασκευής κτηρίων: - Μη-κατάρρευση, για το σεισμό σχεδιασμού (π.χ. Τεπ=475 έτη) - Περιορισμός ζημιών, για συνήθη σεισμό (π.χ. Τεπ=95 έτη) - Λειτουργικότητα υποδομών σημαντικών για την πολιτική προστασία Δεν αφορά ειδικές κατασκευές (π.χ. πυρηνικά εργοστάσια, θαλάσσιες κατασκευές, μεγάλα φράγματα) Συμπληρωματικός των υπολοίπων Ευρωκωδίκων για σεισμογενείς περιοχές της Ευρώπης (όπως η Ελλάδα) Συνοδεύεται από Εθνικό Προσάρτημα, όπου ορίζονται διαφορές τοπικού χαρακτήρα θέματα (π.χ. περίοδος επαναφοράς σεισμού σχεδιασμού, ζώνες σεισμικής επικινδυνότητας και τιμές επιτάχυνσης σχεδιασμού)

ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ EC-8 Γεωτεχνικές Έρευνες . . . . Για τον χαρακτηρισμό του εδάφους, και την επιλογή των αντίστοιχων σεισμικών δράσεων σχεδιασμού είναι απαραίτητη η εκτέλεση γεωτεχνικής έρευνας. Εξαίρεση αποτελούν τα κτίσματα μικρής σπουδαιότητας με γΙ < 1.0 για τα οποία θα θεωρούνται συνθήκες Κατηγορίας Εδάφους Β (πυκνά – σκληρά εδάφη)

ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΤΟΥ EC-8 PART 5 General Seismic Action Ground Properties Siting & Foundation Soils Foundation System Soil-Structure Interaction Retaining Structures App. A: Topography Effects App. B: Charts for Liquefaction App. C: Piles . . App. D: Dynamic SSI App. E: Retaining Structures (simplified) App. F: Bearing Capacity of Footings PART 1 General Performance Requirements and … Ground Conditions and Seismic Actions Design of Buildings ..Concrete Buildings … Steel Buildings … Composite Buildings … Timber Buildings

ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΤΟΥ EC-8 PART 5 General Seismic Action Ground Properties Siting & Foundation Soils Foundation System Soil-Structure Interaction Retaining Structures App. A: Topography Effects App. B: Charts for Liquefaction App. C: Piles . . App. D: Dynamic SSI App. E: Retaining Structures (simplified) App. F: Bearing Capacity of Footings PART 1 General Performance Requirements and … Ground Conditions and Seismic Actions Design of Buildings ..Concrete Buildings … Steel Buildings … Composite Buildings … Timber Buildings

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Γεωτεχνικές Διατάξεις – Βασικές Αρχές του EC 8 2. Επίδραση Εδάφους στις Σεισμικές Δράσεις 3. Επίδραση Τοπογραφίας στις Σεισμικές Δράσεις 4. Τελικά Σχόλια

“ενίσχυση” της amax = (0.05 έως 0.1g)/0.1g = 0.5 έως 1.0 Παραδείγματα Επιδρασης του Εδάφους Παράδειγμα: Σεισμός San Francisco 1957 “ενίσχυση” της amax = (0.05 έως 0.1g)/0.1g = 0.5 έως 1.0 ενισχύσεις: Sa(π.χ.T=0.5s) = 0.17g/0.08g = 2.1 , Sa(π.χ.T=0.2s) = 0.15g/0.4g = 0.4

Παράδειγμα: Σεισμός San Francisco 1989 Καταγραφή σε αναδυόμενο ΒΡΑΧΟ 75 cm/sec2 Καταγραφή στην επιφάνεια τεχνητών επιχώσεων επί αργιλικού πυθμένα (Bay mud) 170 cm/sec2 ενίσχυση της amax = (170cm/s2) / (75cm/s2) = 2.3

Τυπικές καταγραφές σε ΕΔΑΦΟΣ & ΒΡΑΧΟ Παράδειγμα: Σεισμός Mexico 1985 Τυπικές καταγραφές σε ΕΔΑΦΟΣ & ΒΡΑΧΟ γεωλογία πάχος εδάφους ενίσχυση της amax = 130/35 = 3.7, της Sa(για Τ=2s) = 0.7/0.1 = 7

Παράδειγμα: Σεισμός Kobe 1995 «ενίσχυση» amax = 0.32g/0.82g = 0.4

Παράδειγμα: Σεισμός της Αθήνας 1999 «ενίσχυση» amax = 0.19g/0.06g = 3.2

Παράδειγμα: Σεισμός της Αθήνας 1999 B ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΔΟΝΗΣΗΣ ΣΕ ΔΥΣΤΜΗΤΑ ΕΔΑΦΗ του Δήμου Άνω Λιοσίων Μέτριες ζημιές Μικρές ή καθόλου ζημιές Σημαντικές ζημιές ή κατάρρευση N

Παράδειγμα: Σεισμός της Αθήνας 1999 Δήμος Άνω Λιοσίων: κατά μήκος τομή Β-Ν Β Ν (%) κτιρίων Βάθος (m) Γεώτρηση CHT2 Κροκαλοπαγή Αργιλική Μάργα

Εδαφική επίδραση: ενίσχυση ή απομείωση έδαφος & διέγερση και τα δύο Τι σημαίνει «εδαφική επίδραση» ; Παράγοντες που την διαμορφώνουν; Αφορά μόνον τη μέγιστη επιτάχ. amax ή και το ελαστικό φάσμα απόκρισης Sa; Εύρος διακύμανσης; ενίσχυση ή απομείωση έδαφος & διέγερση και τα δύο για amax = 0.4 – 3.7 (συνήθως 0.6 – 2.0) για Sa εξαρτάται από Τ και κυμαίνεται από 0.4 … έως 7.0! (συνήθως έως 3.5)

Μηχανισμός επίδρασης του ΕΔΑΦΟΥΣ

Ω/ω = Τεδ. / Tδιεγ. Μικρή μεταβολή για σκληρά εδάφη με ιδιοπερίοδο Τεδ. 0 Εδαφική ενίσχυση για εδάφη με ιδιοπερίοδο Τεδ. = 0.50 έως 1.30 Τδιεγ. Εδαφική απομείωση για μαλακά εδάφη με Τεδ. > 1.30 Τδιεγ.

Επίδραση εδάφους κατά ΕΑΚ Κατηγορία Σεισμικότητας Ι ΙΙ ΙΙΙ Α 0.16 0.24 0.36 π.χ. Κατηγορία Β: Εντόνως αποσαθρωμένα βραχώδη ή εδάφη που από μηχανική άποψη μπορούν να εξομοιωθούν με κοκκώδη. Στρώσεις κοκκώδους υλικού μέσης πυκνότητας (και) πάχους μεγαλύτερου των 5m, ή μεγάλης πυκνότητας (και) πάχους μεγαλύτερου των 70m.

ΦΑΣΜΑΤΑ ΕΛΑΣΤΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ Επίδραση εδάφους και ………EC-8 ΦΑΣΜΑΤΑ ΕΛΑΣΤΙΚΗΣ ΑΠΟΚΡΙΣΗΣ Το Οριζόντιο ελαστικό φάσμα απόκρισης σχεδιασμού Se(T) ορίζεται ως: όπου: ag = γΙ agR , η επιτάχυνση σχεδιασμού για έδαφος Α και σπουδαιότητα γΙ S = συντελεστής εδάφους η = συντελεστής απόσβεσης κτηρίου Οριζόντιο φάσμα μετατοπίσεων: Τα S, TB, TC και TD ορίζονται άνάλογα με τις εδαφικές συνθήκες και το μέγεθος του σεισμού Μ

A B C D E Μ > 5.5 Περιγραφή Παράμετροι S TB TC M>5.5 M<5.5 A Vs,30 > 800m/s NSPT (-) Cu (-) B 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

A B C D E Μ > 5.5 Περιγραφή Παράμετροι S TB TC M>5.5 M<5.5 A 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

A B C D E Μ > 5.5 Περιγραφή Παράμετροι S TB TC M>5.5 M<5.5 A Βαθιές αποθέσεις άμμου ή/και χαλίκων υψηλής ή μέσης πυκνότητας ή στιφρής αργίλου, πάχους από μερικές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες μέτρων Vs,30=180-360m/s NSPT=15-50 Cu=70-250kPa 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

A B C D E Μ > 5.5 Περιγραφή Παράμετροι S TB TC M>5.5 M<5.5 A Αποθέσεις μη συνεκτικού εδάφους (ανεξαρτήτως συνεκτικών ενστρώσεων) μικρής έως μέσης πυκνότητας ή μαλακού έως μέσου συνεκτικού εδάφους, από μερικές δεκάδες . . Vs,30 < 180m/s NSPT < 15 Cu < 70kPa 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

A B C D E Μ > 5.5 Περιγραφή Παράμετροι S TB TC M>5.5 M<5.5 A Εδαφική αλλουβιακή στρώση με τιμές Vs της κατηγορίας C ή D και πάχος που κυμαίνεται μεταξύ 5 έως 20m, που επικάθεται δύστμητης στρώσης με Vs > 800m/s [ το έδαφος: Vs < 360m/s NSPT < 50 Cu < 250kPa ] 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

A B C D E Μ < 5.5 Περιγραφή Παράμετροι S TB TC M>5.5 M<5.5 A Βαθιές αποθέσεις άμμου ή/και χαλίκων υψηλής ή μέσης πυκνότητας ή στιφρής αργίλου, πάχους από μερικές δεκάδες έως αρκετές εκατοντάδες μέτρων Vs,30=180-360m/s NSPT=15-50 Cu=70-250kPa 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

Σεισμικώς Προβληματικές Περιοχές: ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΕΔΑΦΟΥΣ 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) ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΕΔΑΦΟΥΣ 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

κάποια σχόλια …… τι είναι η VS,30 και τι σχέση έχει με την μέση ταχύτητα μετάδοσης του σεισμικού κύματος στο έδαφος VS ;

κάποια σχόλια …… τι είναι η VS,30 και τι σχέση έχει με την VS,30≈Vb VS,30≈VS VS,30< VS 30 m έδαφος υπό- βαθρο Vb VS VS έδαφος VS υπό- βαθρο Vb έδαφος τι είναι η VS,30 και τι σχέση έχει με την μέση ταχύτητα μετάδοσης του σεισμικού κύματος στο έδαφος VS ; Vb υπό- βαθρο

σεισμικής απόκρισης του εδάφους Σύγκριση EC-8 . . . Έδαφος, VS HS Υπόβαθρο, Vb Διέγερση Υποβάθρου abmax, Sab, Te Απόκριση Εδάφους agrmax, Sagr, Te ….. με πάνω από 106 αναλύσεις σεισμικής απόκρισης του εδάφους

? ? Εδαφικοί Συντελεστές – Κατηγορίες Εδάφους EC 8 – Επίδραση VS,30 Vb=800 m/s Vb=1200 m/s H (m) Vs,30 (m/s) ? ? (M > 5.5)

? ? Εδαφικοί Συντελεστές – Κατηγορίες Εδάφους EC 8 – Επίδραση VS Vb=800 m/s Vb=1200 m/s H (m) VS (m/s) ? ? (M > 5.5)

Εδαφικοί Συντελεστές – Νέες Κατηγορίες Εδάφους – Επίδραση VS H (m) VS (m/s) Vb=800 m/s Vb=1200 m/s (M > 5.5)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Γεωτεχνικές Διατάξεις – Βασικές Αρχές του EC 8 2. Επίδραση Εδάφους στις Σεισμικές Δράσεις 3. Επίδραση Τοπογραφίας στις Σεισμικές Δράσεις 4. Τελικά Σχόλια

σεισμικό δίκτυο ΣΟΥΡΠΗΣ Τοπογραφίες λόφου ή «λοφο-σειράς» αναλύσεις για διαφορετικούς σεισμούς εύρος από καταγραφές σεισμών σεισμικό δίκτυο ΣΟΥΡΠΗΣ Λόγος Φασμάτων Fourier Τοπογραφία λόφου ( κορυφή ) ( βάση ) 1.3 - 3.2 … NS 1.0 - 2.8 … ΕW 0.8 - 2.0 … Ζ

Τοπογραφίες μονοκλινούς πρανούς . . . RICOMEX Συγκέντρωση βλαβών στην δυτική όχθη του ρέματος ΧΕΛΙΔΟΝΟΥΣ και στις ΑΔΑΜΕΣ κατά τον σεισμό της Αθήνας (1999)

Σεισμός Αθήνας… Τοπογραφία πρανούς Τομή a-a Τομή b-b μεγαλύτερη κλίση… Athanasopoulos et al. (2001) Αδάμες < 300m Τομή b-b Gazetas et al. (2002) Kallou et al. (2002) μεγαλύτερη κλίση…

Συντελεστής «τοπογραφικής επιδείνωσης» ως προς 1Δ Τοπογραφία πρανούς Τομή α-α 1Δ 1Δ EC-8 … μακριά από το πρανές Τομή b-b a-a: 0.6 – 1.75 b-b: 0.9 – 2.75 Κλίση   Ενίσχυση 

Μηχανισμοί τοπογραφικής επιδείνωσης: Σε κάθε σημείο της ελεύθερης επιφάνειας συμβάλλουν τέσσερα κύματα: ένα κατακόρυφα μεταδιδόμενο SV, ένα ανακλώμενο SV και ένα ανακλώμενο P, και τέλος ένα επιφανειακό κύμα Rayleigh. Τα κύματα αυτά έχουν διαφορετικές ταχύτητες μετάδοσης και διαφορετικά μήκη διαδρομής και επομένως η άφιξη τους γίνεται σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Ως αποτέλεσμα αυτών, μπορεί να προκύψει τόσο αύξηση όσο και μείωση της εδαφικής κίνησης, ανά θέση! Επιπλέον, τα τρία τελευταία κύματα έχουν και κατακόρυφη συνιστώσα ……. κύμα Rayleigh

Τυπικά αποτελέσματα αναλύσεων για Η/λ=2, i=30o, ξ=5% και Ν=6 Παρατηρείστε (πίσω από την κορυφή του πρανούς): την μέγιστη ενίσχυση της οριζόντιας συνιστώσας της κίνησης. την εμφάνιση μεγάλης «παρασιτικής» κατακόρυφης συνιστώσα της κίνησης. την έντονη διακύμανση της τοπογραφικής επίδρασης μέσα σε μικρή απόσταση από την κορυφή. την μεγάλη απόσταση μετάβασης σε συνθήκες ελεύθερου πεδίου. Ερώτηση: πόσο εύκολη ή δύσκολή είναι η καταγραφή της τοπογραφικής επίδρασης σε πραγματικούς σεισμούς;

amax,crest < 1.25 PGA Επίδραση Τοπογραφίας κατά ΕΑΚ amax,crest Η Vs To=(2.5÷2.8) H/Vs amax,base PGA Te amax,base To β(Το) amax, base= 0.50 PGA amax, crest= β(Το) amax, base amax,crest < 1.25 PGA

EC-8: Συντελεστής Τοπογραφικής Επιδείνωσης ST Αυξάνεται η κορυφαία σεισμική επιτάχυνση αναφοράς (για κατηγορία εδάφους Α): αgR  ST•agR O ST δεν εξαρτάται από τη συχνότητα, πολλαπλασιάζοντας ενιαία το φάσμα απόκρισης Se(T) Η επίδραση της τοπογραφίας αγνοείται (ST=1) για - κτίσματα μικρής σπουδαιότητας (γΙ < 1) - Η<30m ή/και ω≤15ο ω Η

Για επικάλυψη με μαλακό έδαφος πάχους άνω των 5.0m οι Στις άλλες περιπτώσεις, η σεισμική επιτάχυνση αυξάνεται γραμμικά από την βάση ως την κορυφή: 1 ST,max (α) ST,max > 1.20 (β) ST,max > 1.40 για ω>30ο ST,max > 1.20 για 30ο>ω>15ο Για επικάλυψη με μαλακό έδαφος πάχους άνω των 5.0m οι ανωτέρω τιμές του ST,max θα πρέπει να αυξηθούν κατά 20% τουλάχιστον

Τοπογραφίες λόφου ή «λοφο-σειράς» θέση είδος υψηλός λόφος S λόφος «λόφο- σειρά» με i>30o Οι συντελεστές S του EC-8 είναι πράγματι ένα . . . κάτω όριο «λόφο- σειρά» με i<30o (Paolucci 2002)

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Γεωτεχνικές Διατάξεις – Βασικές Αρχές του EC 8 2. Επίδραση Εδάφους στις Σεισμικές Δράσεις 3. Επίδραση Τοπογραφίας στις Σεισμικές Δράσεις 4. Τελικά Σχόλια

Οι διατάξεις του EC-8 για την ΕΔΑΦΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ στις σεισμικές δράσεις είναι αρκετά .. λογική, αλλά … Η υιοθέτηση του VS, 30 είναι . . . ατυχής ! Προτείνεται αντικατάσταση με την μέση VS του εδάφους (πάνω από το υπόβαθρο) Κατηγορίες Β, C και D για πάχος εδάφους > 30m Κατηγορία Ε για πάχος εδάφους 5-30m Χρειάζεται τουλάχιστον μία ακόμη κατηγορία εδάφους (μεταξύ των A & B του EC-8) Μερικοί Εδαφικοί Συντελεστές (S) και Α.Ε.Φ.Σ. θα πρέπει ίσως να “διορθωθούν” για λόγους συμβατότητας με τις (όλο και πιο συχνά πραγματοποιούμενες) 1-Δ αναλύσεις σεισμικής απόκρισης

και δεν μπορεί να αγνοείται! Οι διατάξεις του EC-8 για την ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΗ ΕΠΙΔΡΑΣΗ στις σεισμικές δράσεις αποτελούν βήμα προόδου (σε σχέση με τον ΕΑΚ), αλλά … Η ύπαρξη παρασιτικής κατακόρυφης κίνησης είναι σημαντική και δεν μπορεί να αγνοείται! Η αναφορά σε περιοχή «πλησίον της κορυφής» θα πρέπει να γίνει πιο σαφής! Η θεώρηση μιας σταθερής τιμής του συντελεστή SΤ = 1- 1.40 για όλο το φάσμα σχεδιασμού, είναι μη συντηρητική για δύσκαμπτα κυρίως κτίρια (1-2 ορόφων)

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ (για περαιτέρω πληροφόρηση) Mπουκοβάλας Γ. Δ., Παπαδημητρίου Α. Γ. (2005), "Παραμετρικές σχέσεις υπολογισμού της εδαφικής ενίσχυσης. Ι. Μέγιστη σεισμική επιτάχυνση και ταχύτητα", Τεχνικά Χρονικά, Επιστημονικές Εκδόσεις Τ.Ε.Ε., 25(1), 9 - 22, Ιαν - Απρ Mπουκοβάλας Γ. Δ., Παπαδημητρίου Α. Γ. (2005), "Παραμετρικές σχέσεις υπολογισμού της εδαφικής ενίσχυσης. ΙΙ. Ελαστικά φάσματα απόκρισης", Τεχνικά Χρονικά, Επιστημονικές Εκδόσεις Τ.Ε.Ε., 25(1), 23 - 36, Ιαν - Απρ Μπουκοβάλας Γ. Δ., Παπαδημητρίου A. Γ., Βασδέκης Σ., Βουρβαχάκης Θ., Δρανδάκης E., Σοφιανού I. (2006), "Προσεγγιστικές σχέσεις επίδρασης τοπογραφίας στη σεισμική εδαφική κίνηση", Πρακτικά, 5ο Πανελλήνιο Συνέδριο Γεωτεχνικής και Γεωπεριβαλλοντικής Μηχανικής, Ξάνθη, Μάϊος www.georgebouckovalas.com

Επίδραση Τοπογραφίας : Α. Ο συντελεστής τοπογραφικής επιδείνωσης Β. Παράγοντες που τον διαμορφώνουν Γ. Αφορά μόνον την μέγιστη επιτάχυνση ή και το ελαστικό φάσμα απόκρισης; Δ. Δημιουργεί παρασιτική κατακόρυφη συνιστώσα 0.6 - 2.75 - γεωμετρία αναγλύφου (είδος, κλίση) - εδαφικές συνθήκες - συχνότητα σεισμού amax (& Sa)