Αποτελεσματικότητα μεθόδων αποτροπής σεισμικής ρευστοποίησης υπό υφιστάμενες τετραγωνικές κατασκευές σε έδαφος με ήπια κλιση

Ξυνού, Βασιλική; Xynou, Vasiliki

dc.contributor.author	Ξυνού, Βασιλική	el
dc.contributor.author	Xynou, Vasiliki	en
dc.date.accessioned	2020-12-18T12:38:50Z
dc.date.available	2020-12-18T12:38:50Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52606
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20304
dc.rights	Default License
dc.subject	Ρευστοποίηση	el
dc.subject	Ήπια κλίση	el
dc.subject	Πλαστικά στραγγιστήρια	el
dc.subject	Σεισμός	el
dc.subject	Περιμετρικά τοιχία	el
dc.subject	Seismic liquefaction	en
dc.subject	Mild inclination	en
dc.subject	Perimetric drains	en
dc.subject	Reinforced concrete wall	el
dc.subject	Lateral spreading	el
dc.title	Αποτελεσματικότητα μεθόδων αποτροπής σεισμικής ρευστοποίησης υπό υφιστάμενες τετραγωνικές κατασκευές σε έδαφος με ήπια κλιση	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Effectiveness of methods mitigating seismic liquefaction under existing square structures on mildly inclined ground	en
heal.classification	Γεωτεχνική Μηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-11-06
heal.abstract	Η διεθνής βιβλιογραφία βρίθει δημοσιεύσεων που αφορούν στη σεισμική ρευστοποίηση, στις επιδράσεις της στα έργα Πολιτικού Μηχανικού, καθώς και σε τρόπους αποτροπής των επιδράσεων αυτών. Όμως η πλειονότητα των εργασιών της βιβλιογραφίας αφορά σε οριζόντιες ρευστοποιήσιμες στρώσεις. Στην προσπάθεια να καλυφτεί αυτό το κενό, η παρούσα εργασία μελετά την περίπτωση που η ρευστοποιήσιμη στρώση έχει ήπια κλίση. Ως έργο Πολιτικού Μηχανικού θεωρείται η επιφανειακή θεμελίωση, ενώ ως μέθοδοι αποτροπής της ρευστοποίησης επιλέγονται δύο που μπορούν να εφαρμοστούν ευχερώς ακόμη και σε υφιστάμενες κατασκευές: τα πλαστικά (προκατασκευασμένα) στραγγιστήρια και τα περιμετρικά τοιχία (σκυροδέματος ή από βαθιά εδαφική ανάμιξη). Συγκεκριμένα, εδώ διερευνάται η σεισμική απόκριση επιφανειακού θεμελίου διαφορετικού σχήματος (τετραγωνικό και λωρίδα) και διαφορετικού πλάτους (Β = 5m και 20m), με και χωρίς τη βελτίωση του εδάφους με τις δύο προαναφερθείσες μεθόδους. Εκτελέστηκαν 115 μη-γραμμικές δυναμικές 3Δ αναλύσεις απόκρισης θεμελίου επί ρευστοποιήσιμης στρώσης κλίσης i=2ο και πάχους 10m, υπό τρείς (3) διαφορετικές αρμονικές διεγέρσεις. Χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό πεπερασμένων διαφορών FLAC3D (Itasca, 2019), ενώ για την προσομοίωση της ρευστοποιήσιμης στρώσης χρησιμοποιήθηκε το καταστατικό προσομοίωμα NTUA_Sand (Andrianopoulos et al. 2010). Τα βασικότερα συμπεράσματα που εξάγονται από την εργασία είναι τα εξής: • Η ήπια κλίση του εδάφους προκαλεί οριζόντια μετατόπιση του εδάφους, η οποία συμπαρασύρει εν μέρει και τα θεμέλια. Συγκεκριμένα, η οριζόντια μετατόπιση του θεμελίου προκύπτει πάντα μικρότερη από αυτή του ελεύθερου πεδίου στα πλατύτερα θεμέλια (B = 20m), αλλά όχι πάντα στα στενότερα (Β = 5m). • Κατά τη διάρκεια της οριζόντιας εξάπλωσης προκύπτουν επίσης καθιζήσεις των θεμελίων, αλλά και στροφές τους προς τα κατάντη, ακόμη και αν πρόκειται για κεντρικά φορτιζόμενα θεμέλια. Συγκριτικά με τις καθιζήσεις που θα είχε το ίδιο θεμέλιο υπό την ίδια διέγερση αν η εδαφική στρώση ήταν οριζόντια (i=0o), οι καθιζήσεις κατά την οριζόντια εξάπλωση προκύπτουν συνήθως μικρότερες στα πλατύτερα θεμέλια (Β = 20m), αλλά όχι πάντα στα στενότερα (Β = 5m). • Το σχήμα των θεμελίων (τετραγωνικό ή λωρίδα) παίζει σημαντικό ρόλο στην απόκρισή τους. Συνοπτικά, οι οριζόντιες μετατοπίσεις, καθιζήσεις και στροφές τετραγωνικών θεμελίων προκύπτουν μικρότερες εκείνων των θεμελιολωρίδων όταν το πλάτος τους είναι μικρό (Β = 5m), ενώ το αντίθετο συμβαίνει όταν το πλάτος τους είναι μεγάλο (Β = 20m). • Η χρήση περιμετρικών στραγγιστηρίων δεν επιφέρει ουσιαστική βελτίωση στην απόκριση του θεμελίου. Αντιθέτως, η τοποθέτηση καννάβου στραγγιστηρίων κάτω από όλη την κάτοψη οδηγεί σε μείωση των οριζόντιων μετατοπίσεων (22% - 44%) και καθιζήσεων (38% - 68%) θεμελίων, αλλά αυξάνει τις προς τα κατάντη στροφές του θεμελίου (48% - 120%). Όμως, η εφαρμογή τέτοιου καννάβου στραγγιστηρίων είναι πολύ δυσχερής, αν όχι αδύνατη, κάτω από υφιστάμενες κατασκευές. • Η εφαρμογή τοιχίων από οπλισμένο σκυρόδεμα μέχρι το βάθος της ρευστοποιήσιμης στρώσης είναι εξαιρετικά αποδοτική στη βελτίωση της απόκρισης του θεμελίου, καθώς οι οριζόντιες μετατοπίσεις του σχεδόν μηδενίζονται (μείωση κατά 92 – 98%), όπως και οι στροφές του, ενώ και οι καθιζήσεις μειώνονται πολύ σημαντικά (κατά 80 – 96%). • Σχεδόν εξίσου αποτελεσματική είναι η εφαρμογή περιμετρικών τοιχίων από αλληλοτεμνόμενους εδαφοπασσάλους πλήρους βάθους, με τις οριζόντιες μετακινήσεις να μειώνονται σημαντικά (κατά 58 – 91%), όπως και οι καθιζήσεις (κατά 41 – 83%), ενώ προκύπτει σημαντική μείωση και στις προς τα κατάντη στροφές (κατά 85 – 100%). • Αντιθέτως, η εφαρμογή τοιχίων μέχρι το ήμισυ του βάθους της ρευστοποιήσιμης στρώσης δεν προσφέρει ουσιώδη βελτίωση στην απόκριση του θεμελίου. Συνοπτικά, η οριζόντια εξάπλωση αποτελεί μια σύνθετη σεισμική διακινδύνευση για τις επιφανειακές θεμελιώσεις, που μπορεί να αντιμετωπιστεί πολύ ικανοποιητικά με περιμετρικά τοιχία (σκυροδέματος ή από βαθιά εδαφική ανάμιξη) που φθάνουν μέχρι το βάθος της ρευστοποιήσιμης στρώσης. Η αποτελεσματικότητα τους μεγιστοποιείται για τετραγωνικά θεμέλια, λόγω της ευμενούς δράσης των τοιχίων στην εγκάρσια διεύθυνση.	el
heal.abstract	The international literature includes a multitude of studies concerning seismic liquefaction, its effects on Civil Engineering works, as well as methods for mitigating these effects. However, most of these studies concern horizontal liquefiable ground. In an effort to close this gap, this Thesis studies the case that the liquefiable layer has a mild inclination. The Civil Engineering work of interest is a surface footing, and the study focuses on two liquefaction mitigation measures that can be applied easily even in existing structures: plastic (prefabricated) drains and perimeter walls (made of reinforced concrete or with deep soil mixing). In particular, this work investigates the seismic response of a surface footing of different shapes (square or strip) and different widths (B = 5m and 20m), before or after the ground improvement with the two aforementioned methods. A total of 115 non-linear dynamic 3D analyses were performed for the response of a footing on a 10m-thck liquefiable layer with an inclination i=2o, under 3 different harmonic excitations. The analyses were performed with the finite difference code FLAC3D (Itasca, 2019), while for the simulation of the liquefiable layer the NTUA_Sand (Andrianopoulos et al. 2010) constitutive model was used. The basic conclusions driven from this study are the following: • The mild inclination of the ground causes a horizontal soil displacement, which, in turn, creates a horizontal drift of the footings. The horizontal displacement of wide footings (B = 20m) is generally always smaller than the free field horizontal soil displacement, but this is not always the case for narrow footings (B = 5m). • During lateral spreading, the footings also undergo settlement, as well as rotation towards the downstream side, even if they are centrically loaded. For wide footings (B = 20m), these settlements are found smaller than what the same footings would undergo under the same excitations if the ground was horizontal (i=0o). This is not always the case for narrow footings (B = 5m). • The shape of the footings (square or strip) plays a significant role in their response. In summary, the horizontal displacements, settlements and rotations of square footings are smaller than those of strip footings when their width is small (Β = 5m), while the opposite occurs when their width is large (Β = 20m). • The use of perimetric drains does not offer any improvement in the response of the footing. On the contrary, the implementation of a grid of drains under the whole footing leads to a reduction of horizontal displacements (by 22% - 44%) and settlements (by 38% - 68%) of the footing, but also to an increase of the downstream rotations (by 48% - 120%). However, such a grid of drains is very difficult, if not impossible, to implement under existing structures. • The implementation of reinforced concrete walls reaching the depth of the liquefiable layer is extremely efficient in improving the response of the footing, since its horizontal displacements are almost nullified (reduction by 92 – 98%), as well as its rotations, while its settlements are very significantly reduced (by 80 – 96%). • The implementation of full depth perimetric (soldier-pile) walls with deep soil mixing is similarly effective, since they reduce horizontal displacements significantly (by 58 – 91%). In addition, a significant reduction to settlements (by 41 – 83%) and downstream rotations (by 85 – 100%) is attained. • On the contrary, the implementation of perimetric walls reaching half the depth of the liquefiable layer does not offer any valuable improvement in the response of the footing. In summary, lateral spreading is a complex seismic risk for surface foundations, which may be mitigated very satisfactorily with perimetric walls (diaphragm walls or soldier-pile walls of deep soil mixing) that reach the depth of the liquefiable layer. Their effectiveness is maximum in square footings, due to the beneficial operation of the walls in the transverse direction.	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.committeeMemberName	Μπουκοβάλας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νίκος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	207 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false
heal.fullTextAvailability	false