Βελτίωση απόκρισης και αλληλεπίδραση αβαθών θεμελίων με χρήση περιμετρικών τοιχίων έναντι σεισμικής ρευστοποίησης

Σιδέρης, Άλκης; Sideris, Alkis

dc.contributor.author	Σιδέρης, Άλκης	el
dc.contributor.author	Sideris, Alkis	en
dc.date.accessioned	2021-09-03T09:23:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53788
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21486
dc.rights	Default License
dc.subject	Ρευστοποίηση	el
dc.subject	Περιμετρικά τοιχία	el
dc.subject	Αλληλεπίδραση	el
dc.subject	Liquefaction	en
dc.subject	Perimetrical walls	en
dc.subject	Interaction	en
dc.title	Βελτίωση απόκρισης και αλληλεπίδραση αβαθών θεμελίων με χρήση περιμετρικών τοιχίων έναντι σεισμικής ρευστοποίησης	el
dc.title	Response improvement and interaction of shallow foundations with the use of perimetrical walls against seismic liquefaction	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Γεωτεχνικά	el
heal.classification	Geotechnical engineering	en
heal.dateAvailable	2022-09-02T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-06-29
heal.abstract	Στη συγκεκριμένη εργασία μελετήθηκαν η βελτίωση της απόκρισης υφιστάμενων επιφανειακών θεμελίων έναντι ρευστοποίησης με χρήση διαφραγματικών τοιχίων ή σειρών πασσάλων στην περίμετρό τους. Για το σκοπό αυτό εκτελέστηκαν τρισδιάστατες συζευγμένες μη-γραμμικές δυναμικές αναλύσεις πεπερασμένων διαφορών για τη σεισμική απόκριση άκαμπτου τραχιού τετραγωνικού θεμελίου πλάτους B = 5m σε ρευστοποιήσιμη χονδρόκοκκη στρώση πάχους H = 10m μέσης σχετικής πυκνότητας υπό αρμονική διέγερση. Ως περίπτωση αναφοράς θεωρήθηκε ένα θεμέλιο με φορτίο q = 100kPa υπό διέγερση με μέγιστη εδαφική επιτάχυνση 0.2g που βελτιώνεται με περιμετρικό τοιχίο πάχους t = 0.5m από οπλισμένο σκυρόδεμα, σε απόσταση D = 2m από την εξωτερική παρειά του θεμελίου, το οποίο φτάνει μέχρι τον πυθμένα της ρευστοποιήσιμης στρώσης (μέχρι βάθος Himp = H = 10m). Το ενδιαφέρον εστιάστηκε στην παραμένουσα καθίζηση του θεμελίου στο πέρας της δόνησης. Η παραμετρική διερεύνηση στόχευσε στην επίδραση της απόστασης D, του πάχους t και του βάθους Himp του τοιχίου, ενώ εξετάστηκε και η εναλλακτική κατασκευή του τοιχίου με αλληλοτεμνόμενους εδαφοπασσάλους. Επιπλέον διερευνήθηκε η πιο οικονομική λύση της χρήσης σειράς πασσάλων σκυροδέματος ή εδαφοπασσάλων σε πυκνή ή αραιή διάταξη, ενώ χάριν πληρότητας ποσοτικοποιήθηκε η αποτελεσματικότητα των λύσεων για διαφορετικές τιμές φορτίου q και επιτάχυνσης amax. Τα βασικότερα συμπεράσματα που προέκυψαν είναι:  Λόγω της στιβαρότητάς τους, τα περιμετρικά τοιχία από σκυρόδεμα για όλες τις αποστάσεις από το θεμέλιο (μέχρι 5m) μειώνουν σε πολύ μεγάλο βαθμό τις καθιζήσεις του θεμελίου και τις διατμητικές παραμορφώσεις του εδάφους εσωτερικά των τοιχίων. Η αύξηση των υπερπιέσεων πόρων (κυρίως εσωτερικά των αδιαπέρατων τοιχίων) είναι μικρή και δεν φαίνεται να προκαλεί πρόβλημα στην απόκριση του θεμελίου.  Η ως άνω αποδοτικότητα των τοιχίων σκυροδέματος απομειώνεται σημαντικά, αν το τοιχίο δε φτάνει έως τον πυθμένα της ρευστοποιήσιμης στρώσης. Αντίστοιχα, λόγω συγκριτικά μικρότερης στιβαρότητας, η χρήση αλληλοτεμνόμενων εδαφοπασσάλων αντί για οπλισμένο σκυρόδεμα ως υλικού του τοιχίου οδηγεί σε λιγότερο αποτελεσματική βελτίωση.  Το ακριβές πάχος του τοιχίου (t = 0.5 – 1.0m) δεν επηρεάζει σημαντικά τις απομειωμένες καθιζήσεις του θεμελίου, ενώ η μέγιστη εδαφική επιτάχυνση (έως 0.4g) και το φορτίο θεμελίου (q = 50 – 200kPa) έχουν αυξητική επίδραση, χωρίς όμως να διακυβεύεται η αποτελεσματικότητα της βελτιωτικής λύσης.  Για την επιλογή χρήσης περιμετρικών σειρών πασσάλων φαίνεται πως μεγαλύτερο ρόλο παίζει η απόσταση τους από το θεμέλιο, παρά η πυκνότητα της διάταξής τους. Πάντως, καμία λύση πασσάλων δεν πετυχαίνει τόσο σημαντική μείωση καθίζησης, όσο οι λύσεις με περιμετρικά τοιχία (ίδιου πάχους και ίδιου υλικού κατασκευής) στην ίδια απόσταση. Επιπλέον, διερευνήθηκε αν η εφαρμογή τέτοιων τρόπων βελτίωσης σε ένα θεμέλιο μπορεί να επιδράσει στην απόκριση γειτονικού θεμελίου που παραμένει μη-βελτιωμένο, όπως, για παράδειγμα, σε αστικό περιβάλλον. Για το σκοπό αυτό θεωρήθηκε η ίδια περίπτωση αναφοράς, με το γειτονικό θεμέλιο να είναι ίδιου σχήματος και ίδιου φορτίου (δίδυμο) σε απόσταση W που κυμάνθηκε από W = Β = 5m έως W = 4Β = 20m. Το ενδιαφέρον εστιάστηκε στην παραμένουσα καθίζηση των θεμελίων και στην προκαλούμενη στροφή (του μη βελτιωμένου θεμελίου) λόγω της αλληλεπίδρασης με το θεμέλιο στο οποίο εφαρμόστηκε η βελτίωση. Προέκυψαν τα ακόλουθα συμπεράσματα:  Τα περιμετρικά τοιχία σκυροδέματος απομονώνουν το βελτιωμένο θεμέλιο από το περιβάλλον εκτός του τοιχίου πολύ περισσότερο απ’ ότι όλες οι άλλες διατάξεις τοιχίων ή σειρών πασσάλων. Δηλαδή, η απόκριση του θεμελίου σε όρους καθιζήσεων παραμένει πρακτικά ίδια ανεξαρτήτως αν υπάρχει ή όχι γειτονικό θεμέλιο.  Όμως, η κατασκευή στιβαρού τοιχίου ή σειράς πασσάλων περιμετρικά από ένα θεμέλιο οδηγεί σε αύξηση καθιζήσεων και ανάπτυξη στροφής στο γειτονικό θεμέλιο που παραμένει μη-βελτιωμένο.  Για κοντινή απόσταση W = Β = 5m η μόνη βελτιωτική λύση που μπορεί να εφαρμοστεί χωρίς να είναι καταστροφική για το γειτονικό θεμέλιο είναι η περιμετρική σειρά εδαφοπασσάλων σε απόσταση από το θεμέλιο D = 0.5m σε πυκνή διάταξη.  Για μεγάλη απόσταση W = 2Β = 10m, η ως άνω λύση της περιμετρικής σειράς εδαφοπασσάλων είναι ακόμα ευμενέστερη για το γειτονικό θεμέλιο, ενώ ενθαρρυντικά αποτελέσματα εμφανίζονται και για την περιμετρική σειρά πασσάλων από σκυρόδεμα.  Για πολύ μεγάλη απόσταση W = 4Β = 20m η δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο θεμελίων είναι μικρή, ενώ η βελτίωση του ενός θεμελίου δεν επιδρά δυσμενώς στο γειτονικό του.Για όλες τις αποστάσεις W, οι λύσεις συνεχούς διατομής (τοιχία και αλληλοτεμνόμενοι εδαφοπάσσαλοι) οδηγούν σε καθιζήσεις του βελτιωμένου θεμελίου που είναι ίσες ή ελάχιστα μεγαλύτερες (μέχρι 16%) από αυτές του μονού θεμελίου για την αντίστοιχη βελτίωση. Αντιθέτως, οι λύσεις μη-συνεχούς διατομής (σειρές πασσάλων ανεξαρτήτως υλικού) παρατηρήθηκαν μικρότερες καθιζήσεις θεμελίου (μέχρι 38%) από αυτές του μονού βελτιωμένου με την ίδια λύση.  Ρόλο στο πως επιδρά η διάταξη και το υλικό της βελτιωτικής λύσης παίζει και το ποια είναι η αλληλεπίδραση των γειτονικών θεμελίων σε μη-βελτιωμένο έδαφος, δηλαδή αν πριν τη βελτίωση η αλληλεπίδραση είναι ευμενής (π.χ. μείωση καθιζήσεων, όπως στις αναλύσεις της παρούσας εργασίας) ή δυσμενής συγκριτικά με την απόκριση των ίδιων θεμελίων όταν είναι απομονωμένα. Βελτιωτικές λύσεις που περιλαμβάνουν και τα δύο θεμέλια (είτε με ενιαίο τοιχίο ή με τοιχίο γύρω από κάθε θεμέλιο) εξαφανίζουν το ως άνω πρόβλημα της δυσμενούς αλληλεπίδρασης, αλλά με αυξημένο κόστος.	el
heal.abstract	In this thesis, the use of diaphragm walls or rows of piles at the perimeter of existing shallow foundations for liquefaction mitigation was studied. For this purpose, three-dimensional fully coupled non-linear finite difference dynamic analyses were performed for the seismic response of a rigid and rough square footing of width B = 5m on a medium-dense liquefiable coarse-grained layer of thickness H = 10m under harmonic excitation. As a reference case, a footing loaded with q = 100kPa under an excitation with maximum acceleration of 0.2g was improved with a perimetric reinforced concrete wall. This wall had a thickness t = 0.5m, was constructed at a distance D = 2m from the outer edge of the footing and reached the bottom of the liquefiable layer (up to a depth of Himp = H = 10m). The interest focused on the permanent settlement of the foundation at the end of shaking. The parametric investigation targeted the effects of distance D, thickness t and depth Himp of the wall, while an alternative construction of a perimetric soldier pile wall with cement-soil mixing was also considered. In addition, the less costly solution of using a perimetric row of reinforced concrete piles or piles with cement-soil mixing in dense or sparse arrangement was investigated, while for completeness the effectiveness of the improvement solutions was quantified for different load q and acceleration amax values. The main conclusions obtained are:  Due to their stiffness, perimetric concrete walls at any tested distance (up to 5m) greatly reduce footing settlements and shear straining of the soil contained by the walls. The increase in excess pore pressures (mainly in the soil contained by the impermeable walls) is small and does not seem to cause a problem in the response of the footing.  The foregoing efficiency of concrete walls is significantly reduced if the wall does not reach the bottom of the liquefiable layer. Similarly, due to comparatively lower stiffness, the use of cement-soil mixing instead of reinforced concrete as wall material leads to less effective improvement.  The exact wall thickness (t = 0.5 – 1.0m) does not significantly affect the reduced settlement of the footing, while the peak ground acceleration (up to 0.4g) and the footing load (q = 50 – 200kPa) have an increasing effect, without compromising the effectiveness of the mitigation scheme.  When using perimetric rows of piles, it seems that the distance from the footing plays a greater role than the density of the pile arrangement. However, no pile arrangement achieves settlement reduction as large as those offered by solutions with perimetric walls (of the same thickness and construction material) at the same distance. In addition, an investigation was performed on whether the application of such an improvement scheme to one footing may affect the response of neighboring footing that remains unimproved, as for example may happen in an urban environment. For this purpose, the same reference case was considered, with the neighboring foundation being of the same shape and load (its twin) at a distance W ranging from W = B = 5m to W = 4B = 20m. The interest was focused on the permanent settlement of the footings and the induced rotation (of the unimproved foundation) due to the interaction with the foundation to which the improvement was applied. The following conclusions were reached:  Perimetric concrete walls isolate the improved footing from the environment outside the wall much more than what the other tested improvement schemes do. This means that the response of the footing in terms of settlement remains practically the same regardless of whether there exists a neighboring footing.  However, the construction of a stiff wall or a series of piles around the perimeter of a footing leads to an increase in settlement and the apparition of rotation in the neighboring footing that remains unimproved.  For a small distance W = B = 5m, the only improvement scheme that can be applied to a footing without being detrimental to its neighbor is a perimetric row of cement-soil mixing piles at a distance of D = 0.5m from the footing in a dense arrangement.  For a large distance W = 2B = 10m, the foregoing solution of the perimetric row of cement-soil mixing piles is even more favorable for the neighboring footing, while encouraging results are also obtained for the perimetric row of concrete piles.  For a very large distance W = 4B = 20m, the dynamic interaction between the two footings is small, while the improvement of one of the footings does not adversely affect its neighbor.  For all distances W, the solutions with continuous cross-section (concrete wall and soldier-pile wall of cement-soil mixing) lead to settlements of the improved footing that is equal or slightly larger (up to 16%) than those of an isolated footing with the same improvement. On the contrary, the solutions with non-continuous cross-section (rows of piles regardless of material) lead to slightly smaller footing settlements (up to 38%) than those of an isolated footing with the same improvement.  The manner by which the layout and the material of the improvement scheme affects the response of neighboring footings is also influenced by the interaction of these footings in unimproved soil. In other words, it is influenced by whether their interaction is favorable (e.g., reduced settlement, as in the presented analyses) or unfavorable, in comparison to the response of the same footings when they are isolated. Improvement schemes that include both neighboring footings (either with a single wall or with a wall around each footing) eliminate the above problem of unfavorable interaction, but at an increased cost.	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.advisorName	Papadimitriou, Achilleas	en
heal.committeeMemberName	Μπουκοβάλας, Γεώργιος	en
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	162 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false