Επίδραση βελτίωσης ρευστοποιήσιμου εδάφους στον σχεδιασμό επιφανειακών θεμελιώσεων 2-δ αριθμητική διερεύνηση

Abstract

Σύμφωνα με πρόσφατες έρευνες η θεμελίωση κατασκευών σε ρευστοποιήσιμα εδάφη με επιφανειακή θεμελίωση είναι εφικτή, αφού προηγουμένως πραγματοποιηθεί βελτίωση του εδάφους θεμελίωσης σε συγκεκριμένο πάχος και πλάτος γύρω από το θεμέλιο. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης της έκτασης βελτίωσης στη σεισμική απόκριση της θεμελίωσης, με αναφορά στις αναπτυσσόμενες καθιζήσεις καθώς και στον μετα-σεισμικό, απομειωμένο συντελεστή ασφαλείας. Με αφετηρία την περίπτωση για “άπειρη βελτίωση”, πραγματοποιείται σταδιακή μείωση του εύρους βελτίωσης και καταγράφεται η μεταβολή των αποτελεσμάτων. Η ποσοτικοποίηση της εξέλιξης της καθίζησης και του συντελεστή ασφαλείας, καθιστά δυνατή τη διαμόρφωση μιας μεθοδολογίας σχεδιασμού μέτρων εδαφικής βελτίωσης. Από βιβλιογραφική ανασκόπηση, προκύπτει ότι είναι ελάχιστες οι πειραματικές εργασίες οι οποίες εξετάζουν την επιρροή του εύρους βελτίωσης, με αποτέλεσμα οι ανάλογες συστάσεις των κανονισμών να ορίζουν με ιδιαίτερα αδρή προσέγγιση τα όρια του επιθυμητού εύρους για διάφορες πρακτικές εφαρμογές. Για το λόγο αυτό, στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε παραμετρική διερεύνηση για διάφορα εύρη βελτίωσης, με τη χρήση λογισμικού πεπερασμένων διαφορών και ενός εξελιγμένου καταστατικού προσομοιώματος. Πιο συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν 105 αριθμητικές αναλύσεις προκειμένου να εξετασθεί η επιρροή δώδεκα (12) εδαφικών, σεισμικών και λοιπών παραμέτρων. Από τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων αποδεικνύεται ότι αναπτύσσεται μηχανισμός αστοχίας ολισθαίνοντος στερεού (τύπου Newmark) και επακόλουθα η αναπτυσσόμενη καθίζηση συσχετίζεται με τον μετα-σεισμικό συντελεστή ασφαλείας. Μάλιστα αυτή η συσχέτιση είναι ανεξάρτητη από το εύρος βελτίωσης. Από την στατιστική επεξεργασία που πραγματοποιήθηκε, εξάγονται αναλυτικές και εμπειρικές σχέσεις υπολογισμού τόσο της δυναμικής καθίζησης όσο και του απομειωμένου συντελεστή ασφαλείας, για δεδομένο εύρος και πάχος βελτίωσης του εδάφους.

According to current practice, the construction of shallow foundations on top of liquefiable soils may be feasible only after proper soil treatment in specific depth and width around the foundation. After an extended literature survey, it appears that there are relatively few experimental studies that examine the effect of the improvement width, on the seismic response of shallow foundations, so that the limits given by regulations define a simple extend for common applications. The aim of this diploma thesis is to numerically examine the effect of the lateral extend of the applied improvement on the seismic response of the shallow foundation. Particular attention is given in the seismic settlement (ρdyn) accumulation and the post-shaking bearing capacity of the footing (qult.), which has considerably degraded, as a result of the onset of liquefaction of the natural sand. For the performed parametric study, 12 cases are considered, exhibiting different soil excitation and geometry parameters. In each one of them, starting from the analysis in which the improved layer extends over the entire length of the considered grid, i.e case of “infinite” improvement, the lateral width of the improved layer (Limp) gradually decreases and the effects on the seismic and postshaking response of the foundation are monitored. In total, 105 numerical analyses are performed with different Limp/B ratios ranging from 1.2 – 24.8. The above numerical investigation is performed using the finite difference code FLAC and the advanced constitutive model NTUA_SAND. After the statistical processing of the obtained results, analytical expressions for the evaluation of the dynamic settlement (ρdyn) and the degraded factor of safety (FSdegr.) are exported, for given width and depth of ground improvement.