Αποτελεσματικότητα μεθόδων αποτροπής σεισμικής ρευστοποίησης υπό υφιστάμενες επιμήκεις κατασκευές σε επίπεδο έδαφος

Σωμαράκη, Ευτυχία; Somaraki, Eftychia

dc.contributor.author	Σωμαράκη, Ευτυχία	el
dc.contributor.author	Somaraki, Eftychia	en
dc.date.accessioned	2020-09-21T10:19:34Z
dc.date.available	2020-09-21T10:19:34Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51116
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18814
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Σχεδιασμός και Κατασκευή Υπόγειων Έργων”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Ρευστοποίηση	el
dc.subject	Στραγγιστήρια	el
dc.subject	Διαφραγματικοί τοίχοι	el
dc.subject	Αντιμετώπιση	el
dc.subject	Θεμελιώσεις	el
dc.subject	Liquefaction	en
dc.subject	Retaining walls, Soil Mixing	en
dc.subject	Mitigation	en
dc.subject	Footings	el
dc.title	Αποτελεσματικότητα μεθόδων αποτροπής σεισμικής ρευστοποίησης υπό υφιστάμενες επιμήκεις κατασκευές σε επίπεδο έδαφος	el
dc.title	Effectiveness of methods mitigating seismic liquefaction under existing elongated structures on level ground	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Γεωτεχνική Μηχανική	el
heal.classification	Εδαφοδυναμική	el
heal.classification	Geotechnical Engineering	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-03-06
heal.abstract	Η σεισμική ρευστοποίηση στο έδαφος νέων κατασκευών αποτρέπεται ευχερώς με πλήθος υπαρχουσών μεθόδων βελτίωσης του εδάφους, πριν την κατασκευή της ανωδομής. Όμως, η συντριπτική πλειονότητα αυτών των μεθόδων δεν μπορεί να εφαρμοστεί για την αποτροπή του φαινομένου στο έδαφος θεμελίωσης υφιστάμενων κατασκευών, που κατασκευάστηκαν (πλησίον θαλασσών, ποταμών και λιμνών κυρίως σε περασμένες δεκαετίες) χωρίς καμία σχετική μέριμνα. Συνεπώς αποτελεί ανάγκη να διερευνηθεί η αποτελεσματικότητα των λίγων υπαρχουσών μεθόδων βελτίωσης του εδάφους που μπορούν να εφαρμοστούν σε τέτοιες κατασκευές. Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η αριθμητική διερεύνηση της αποτελεσματικότητας τέτοιων μεθόδων βελτίωσης εδάφους στη σεισμική απόκριση επιφανειακών επιμήκων θεμελίων σε επίπεδο έδαφος. Έτσι, με αφετηρία την περίπτωση μη ύπαρξης εδαφικής βελτίωσης, πραγματοποιείται διερεύνηση της αποτελεσματικότητας κάθε μεθόδου ξεχωριστά, με έμφαση στη συσσώρευση καθιζήσεων και στροφών. Συγκεκριμένα, πραγματοποιήθηκαν πλήρως συζευγμένες μη-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις για επίπεδη ρευστοποιήσιμη εδαφική στρώση πάχους 10m, η οποία υποβλήθηκε σε 7 διαφορετικές αρμονικές διεγέρσεις. Οι αναλύσεις εκτελέστηκαν με τη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών (λογισμικό FLAC) και το έδαφος προσομοιώνεται με το σοφιστευμένο προσομοίωμα NTUA-SAND. Στην επιφάνεια της στρώσης θεωρήθηκαν λωριδωτές θεμελιώσεις διαφορετικού πλάτους Β (5m και 20m) και διαφορετικά φορτία ανωδομής q, που επιβάλλονται τόσο κεντρικά όσο και έκκεντρα. Από τις αριθμητικές αναλύσεις προκύπτουν τα παρακάτω συμπεράσματα για την απόκριση θεμελίων σε ρευστοποιήσιμη εδαφική στρώση: • Οι τιμές του λόγου υπερπιέσεων πόρων ru είναι χαμηλότερες σε θέσεις κάτω από το θεμέλιο, συγκριτικά με ό,τι παρατηρείται στο ίδιο βάθος σε παρακείμενες θέσεις εκτός της κάτοψης του θεμελίου. • Η αύξηση της μέγιστης σεισμικής επιτάχυνσης amax, της δεσπόζουσας περιόδου της δόνησης Te και του αριθμού κύκλων διέγερσης αυξάνουν σχεδόν γραμμικά τις καθιζήσεις των θεμελίων. • Υπό έκκεντρη φόρτιση του θεμελίου, οι μέσες καθιζήσεις εμφανίζονται ίδιες ή λίγο μικρότερες από εκείνες για τα θεμέλια ίδιου μέσου (κεντρικού) φορτίου q, ενώ συσσωρεύεται και στροφή προς την πλευρά που επιβάλλεται το έκκεντρο φορτίο. Στην συνέχεια, εξετάστηκε η απόκριση επιφανειακών θεμελίων μετά την τοποθέτηση πλαστικών στραγγιστηρίων ως μέτρο αποτροπής του φαινομένου της ρευστοποίησης. Διερευνήθηκαν 4 πιθανές διατάξεις τοποθέτησης στραγγιστηρίων κάτω και περιμετρικά των υφιστάμενων κατασκευών, που όλες έφταναν σε βάθος μέχρι το τέλος της ρευστοποιήσιμης στρώσης. Από τις αριθμητικές αναλύσεις αυτές προέκυψε ότι: • Η τοποθέτηση περιμετρικών στραγγιστηριών με βάθος έως το τέλος της ρευστοποιήσιμης στρώσης απομειώνει σε μικρό βαθμό (16%) τις σεισμικές καθιζήσεις, και αυτό ανεξαρτήτως των χαρακτηριστικών της δόνησης. • Η τοποθέτηση μίας επιπλέον σειράς στραγγιστηρίων στη μέση της κάτοψης αυξάνει την αποτελεσματικότητα της βελτίωσης (μείωση κατά 30%), αλλά κυρίως για το στενό θεμέλιο πλάτους Β = 5m. Το πλατύ θεμέλιο (Β = 20m) χρειάζεται επιπλέον σειρές που αν τοποθετηθούν μπορούν να αυξήσουν ελαφρώς την αποτελεσματικότητα (μείωση καθιζήσεων κατά 47%). • Η τοποθέτηση καννάβου στραγγιστηρίων κάτω από όλη την κάτοψη της θεμελίωσης οδηγεί σε σημαντική μείωση (68%) των συνολικών καθιζήσεων, η οποία μάλιστα είναι συστηματικά μεγαλύτερη για Β = 20m. Αλλά αυτό δεν είναι εύκολο να υλοποιηθεί σε υφιστάμενες κατασκευές. • Για έκκεντρη φόρτιση των θεμελίων η αποτελεσματικότητα των πλαστικών στραγγιστηρίων σε όρους μέσων καθιζήσεων είναι αντίστοιχη με ό,τι ισχύει για κεντρικά φορτιζόμενα θεμέλια, όμως προκύπτει αύξηση της στροφής. Τέλος, διερευνήθηκε η απόκριση επιφανειακών θεμελίων μετά την τοποθέτηση 2 διαφορετικών τύπων περιμετρικών τοιχίων, με διαφορετικά βάθη ως προς το πάχος της ρευστοποιήσιμης στρώσης, ως μέτρο αποτροπής των επιπτώσεων της ρευστοποίησης στα θεμέλια. Από τις αναλύσεις προκύπτουν τα εξής γενικά συμπεράσματα: • Η τοποθέτηση περιμετρικών τοιχίων σημαντικής αντοχής και στιβαρότητας σε όλο το βάθος της ρευστοποιήσιμης στρώσης, ανεξαρτήτως των χαρακτηριστικών της δόνησης, μηδενίζει την ανάπτυξη των καθιζήσεων και στροφών και για τα δύο πλάτη θεμελίωσης. • Αν τα περιμετρικά τοιχία φτάνουν μέχρι ένα βάθος, αλλά όχι έως το τέλος της ρευστοποιήσιμης στρώσης, τότε οι καθιζήσεις δεν μηδενίζονται, αλλά απλά μειώνονται ελαφρώς (κατά 24% και κατά 50% για τοιχία βάθους 5m και 8m σε ρευστοποιήσιμη στρώση πάχους 10m).	el
heal.abstract	Seismic liquefaction of soils underneath new structures can be effectively mitigated via existing widely applied ground improvement methods, which are implemented before the construction of the superstructure. The vast majority of these methods cannot be implemented to existing structures (near the shores of seas, rivers or lakes), which were built mainly during previous decades without considering liquefaction as a potential geohazard. Thus, there is a need to study the effectiveness of the few existing liquefaction mitigation methods, that can be implemented to existing structures. The present study aims to predict the effectiveness of such liquefaction mitigation methods, via numerical analyses that focus on the seismic response of elongated structures on level ground. The effectiveness of each method is evaluated by comparing footing settlement and rotation magnitudes before and after ground improvement. Specifically, fully-coupled non-linear dynamic analyses for a 10m thick liquefiable soil layer were performed, using 7 different harmonic excitations. These analyses were performed with the Finite Difference Method (FLAC) in which the soil is simulated with the sophisticated constitutive model NTUA-SAND. The analyses considered surface strip footings with different widths B (5m and 20m) bearing different superstructure loads q, which are applied with and without eccentricity. The results of the numerical analyses lead to the following general conclusions about footing response resting on a liquefiable layer: • The excess pore pressure ratio ru values beneath structures are lower than those at the same depth in adjacent positions away from the structure. • An increase to the peak acceleration amax, the predominant period Te and the number of cycles Ncycle of the seismic excitation lead to an approximately linear increase of settlements. • Under eccentric footing loading, the accumulated average settlements are the same or slightly reduced in comparison to those that appear for a centrically loaded footing with the same average load q, while producing footing rotation to the side that the eccentric load is applied. Subsequently, the response of strip footings after application of rows of prefabricated drains as a mitigation method. Four (4) different drain configurations were examined. In each configuration the drains were placed beneath and at the perimeter of the footing, while their depth covered the whole thickness of the liquefiable soil layer. The results of the numerical analyses show that: • Drains at the perimeter of the footing reduce the seismic settlements only by 16%, regardless of the excitation characteristics. • Adding an extra row of drains at the center of the footing increases the effectiveness of the mitigation (30% decrease), especially for the narrow footing with B = 5m. In the case of the wide footing (B = 20m) additional intermediate rows of drains are required, so that the effectiveness can be slightly increased (47% settlement decrease). • Implementing a mesh of drains beneath the whole footing results in significant reduction (68%) of settlements, which is greater in the case of the wide footing. However, this cannot be implemented underneath existing structures. • Under eccentric footing loading, the effectiveness of prefabricated drains appears to be equivalent to that of central footing loading. However, the footing rotation increases. Finally, an investigation of the response of strip footings after the implementation of 2 different type walls at their perimeter, that have different depths with respect to the depth of the liquefiable layer, as a mitigation measure of the effects of liquefaction on the footings. From these analyses, the following were concluded: • Perimetric walls with significant strength and stiffness, that reach the depth of the liquefiable soil layer, nullifies settlements and rotations, regardless of the excitation characteristics and for all footing widths. • If the perimetric walls do not reach the depth of the whole of the liquefiable soil layer, the settlements do not nullify, but only reduce slightly (by 24% and 50% for 5m and 8m wall depth, respectively, for a 10m thick liquefiable soil layer)	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.committeeMemberName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας
heal.committeeMemberName	Καββαδάς, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	167 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false