Μεθοδολογία Σχεδιασμού Συμβατών και Επιτελεστικών Κονιαμάτων Αποκατάστασης για την Αντισεισμική Προστασία Μνημείων και Ιστορικών Κατασκευών

Abstract

Σκοπός της παρούσης διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη μιας πρωτότυπης μεθοδολογίας σχεδιασμού συμβατών και επιτελεστικών κονιαμάτων αποκατάστασης για την αντισεισμική προστασία μνημείων και ιστορικών κατασκευών. Για τον σκοπό αυτό, αξιοποιείται η μελέτη τριών σημαντικών μνημείων και ιστορικών κατασκευών. Συγκεκριμένα, μελετώνται η Μονή Καισαριανής και το Γεφύρι της Πλάκας, μια σημαντική μεσοβυζαντινή εκκλησία και ένα ιστορικό γεφύρι που βρίσκονται στις σεισμογενείς περιοχές της Αττικής και της Ηπείρου αντίστοιχα, καθώς και το Ιερό Κουβούκλιο του Παναγίου Τάφου στην περιοχή των Ιεροσολύμων, το σημαντικότερο μνημείο της χριστιανοσύνης, του οποίου η δομική ακεραιότητα παρουσίαζε προβλήματα. Τα τρία αυτά μνημεία επιλέχθηκαν, καθώς παρουσιάζουν διαφορετικά δομικά υλικά και τρόπο δόμησης, ενώ βρίσκονται και σε διαφορετικό περιβάλλον, ως εκ τούτου διασφαλίζοντας μια καθολική προσέγγιση, που μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε μνημείο, λαμβάνοντας υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Κυρίως όμως, τα μνημεία αυτά επιλέχθηκαν γιατί η εξέτασή τους ήταν διεπιστημονική και παρέχει, στο πλαίσιο της παρούσης διδακτορικής διατριβής, τη δυνατότητα γνώσης των κρίσιμων κατωφλίων των μηχανικών απαιτήσεων των κονιαμάτων αποκατάστασης για τη διασφάλιση της δομικής τους ακεραιότητας και την αντισεισμική τους θωράκιση. Η μεθοδολογία που αναπτύσσεται έχει ως πυρήνα το μνημείο και τα αποτελέσματα της μελέτης του, ώστε να προτεραιοποιηθούν και να συγκεκριμενοποιηθούν κριτήρια σχεδιασμού συμβατών και επιτελεστικών κονιαμάτων αποκατάστασης, ενώ ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στα κρίσιμα κατώφλια των φυσικοχημικών και μηχανικών τους χαρακτηριστικών. Είναι σαφές ότι οι απαιτήσεις και η θέσπιση κρίσιμων κατωφλίων όσον αφορά και τη συμβατότητα και την επιτελεστικότητα, δημιουργούν έναν χώρο αποδοχής, όπου το κονίαμα αποκατάστασης πληροί και τις δυο αυτές σημαντικές απαιτήσεις. Σε σχέση με τα κριτήρια συμβατότητας των κονιαμάτων αποκατάστασης, αξιοποιούνται τα όρια αποδοχής κονιαμάτων αποκατάστασης ως κρίσιμα κατώφλια των φυσικοχημικών τους χαρακτηριστικών, ενώ ο χαρακτηρισμός των ιστορικών υλικών αποτελεί πυρήνα σχεδιασμού και αποτίμησης της συμβατότητας των κονιαμάτων αποκατάστασης. Για τον χαρακτηρισμό των ιστορικών υλικών και την αποτίμηση των κονιαμάτων αποκατάστασης, χρησιμοποιούνται όλες οι ενόργανες τεχνικές που έχουν προτυποποιηθεί στο Εργαστήριο Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών, τα αποτελέσματα των οποίων επίσης προσφέρουν τη δυνατότητα ορισμού κρίσιμων κατωφλίων για τη διασφάλιση της συμβατότητας. Σε σχέση με τα κριτήρια επιτελεστικότητας αξιοποιούνται μετρήσεις μηχανικών αντοχών των κονιαμάτων αποκατάστασης και λαμβάνονται υπόψη τα κρίσιμα κατώφλια απαιτούμενων αντοχών, όπως αυτά προκύπτουν από την μελέτη πεπερασμένων στοιχείων (Ιερό Κουβούκλιο του Παναγίου Τάφου) και τις καμπύλες θραυστότητας (Καθολικό Μονής Καισαριανής), ενώ και στις δυο περιπτώσεις ενσωματώνονται στα υπολογιστικά μοντέλα τα πραγματικά δεδομένα που προέκυψαν από τη μελέτη των υλικών. Τα αποτελέσματα της δομικής ανάλυσης υποδεικνύουν την ελάχιστη απαιτούμενη αντοχή σε θλίψη που πρέπει να παρουσιάζει το κονίαμα αποκατάστασης, ενώ, στην περίπτωση του Ιερού Κουβουκλίου του Παναγίου Τάφου, όπου και εφαρμόστηκαν τα προτεινόμενα κονιάματα αποκατάστασης, οι μετρήσεις μη καταστρεπτικού ελέγχου επιτρέπουν την αποτίμηση της συμπεριφοράς και της εφαρμογής στους στο επίπεδο του μνημείου. Τα κριτήρια σχεδιασμού παραμετροποιούνται ώστε να διαμορφώνουν ένα πεδίο τιμών που οριοθετεί τα χαρακτηριστικά που πρέπει να εμφανίζει ένα κονίαμα αποκατάστασης, και το οποίο επιτρέπει την επιλογή των πλέον κατάλληλων πρώτων υλών από ένα ευρύτερο φάσμα υλικών. Σε επίπεδο επεξεργασίας των μεγάλων δεδομένων που προκύπτουν, προτείνεται σύστημα αξιολόγησης κονιαμάτων αποκατάστασης, βάσει των ως άνω κριτηρίων με τη χρήση βαρών σημαντικότητας στο κάθε μνημείο, το οποίο προσφέρει τη δυνατότητα επιλογής του βέλτιστου κονιάματος. Η χρήση κυρίων συνιστωσών για την μελέτη των κονιαμάτων αποκατάστασης είναι ιδιαιτέρως χρήσιμη, καθώς υποδεικνύει τις συσχετίσεις των χαρακτηριστικών τους και διακριτοποιεί τα κονιάματα αποκατάστασης αναλόγως των χαρακτηριστικών τους, διευκολύνοντας τη ταυτόχρονη διερεύνηση της συμβατότητας και της επιτελεστικότητάς τους. Παράλληλα, διαφαίνεται η δυνατότητα χρήσης της μεθόδου ως εργαλείο για την αποτίμηση της συμβατότητας ιστορικών κονιαμάτων και κονιαμάτων αποκατάστασης από άποψη σύστασης και μικροδομής. Στο τελευταίο τμήμα της διδακτορικής διατριβής, γίνεται ανάπτυξη και χρήση τεχνητών νευρωνικών δικτύων, για πρώτη φορά στον σχεδιασμό κονιαμάτων αποκατάστασης, δημιουργώντας μια επιπλέον απαραίτητη καινοτομία στο πεδίο του σχεδιασμού. Όπως αναδεικνύεται στο πλαίσιο αυτής της διδακτορικής διατριβής, η χρήση τους μπορεί να υποδείξει, βάσει των κριτηρίων σχεδιασμού για το εκάστοτε μνημείο και την οριοθέτηση των χαρακτηριστικών του κατάλληλου συμβατού και επιτελεστικού κονιάματος αποκατάστασης, μια προτεινόμενη περιοχή σχεδιασμού κονιαμάτων αποκατάστασης, όσον αφορά στις παραμέτρους της σύνθεσης (αναλογία κονίας/αδρανών, λόγος νερού κονίας). Έτσι, ενώ η ανάλυση διάκρισης επιτρέπει τη διαχείριση των πειραματικών δεδομένων, η χρήση των τεχνητών νευρωνικών δικτύων επιτρέπει και τη μελέτη του υλικού στον πολυδιάστατο χώρο που ορίζουν οι παράμετροι της σύνθεσής του, ενώ προσφέρει τη δυνατότητα διερεύνησης επιπλέον περιοχών σχεδιασμού, όπου δεν υπάρχουν διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα, επιτρέποντας την υπέρβαση της πειραματικής διαδικασίας. Η μεθοδολογία σχεδιασμού που αναπτύσσεται στην παρούσα διδακτορική διατριβή λαμβάνει χώρα σε ένα ευρύτερο πεδίο σχεδιασμού, τόσο στο επίπεδο της συσχέτισης, όσο και στο επίπεδο της προσομοίωσης των ιδιοτήτων του κονιάματος αποκατάστασης, ώστε να διαμορφώσει ένα ολοκληρωμένο πεδίο σχεδιασμού. Ο σχεδιασμός ανάγεται ως εκ τούτου σε έναν ενιαίο και συνεχή χώρο συμβατότητας και επιτελεστικότητας, καθιστώντας την ολοκληρωμένη μεθοδολογία που αναπτύσσεται –παραμετροποίηση, συσχέτιση ανεξάρτητων μεταβλητών, ανάλυση διάκρισης και προσομοίωση με τεχνητά νευρωνικά δίκτυα– ένα σημαντικό εργαλείο σχεδιασμού συμβατών και επιτελεστικών κονιαμάτων αποκατάστασης για την αντισεισμική προστασία μνημείων και ιστορικών κατασκευών και τη διασφάλιση της δομικής τους ακεραιότητας.