Αλληλεπίδραση κατασκευής-εδάφους-κατασκευής σε ρευστοποιήσιμα εδάφη με αργιλική επιφανειακή στρώση

Δημουλά, Μαρία; Dimoula, Maria

dc.contributor.author	Δημουλά, Μαρία	el
dc.contributor.author	Dimoula, Maria	en
dc.date.accessioned	2022-10-17T08:02:24Z
dc.date.available	2022-10-17T08:02:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55958
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23656
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Επιφανειακά θεμέλια	el
dc.subject	Shallow foundations	en
dc.subject	Σεισμική ρευστοποίηση	el
dc.subject	Seismic liquefaction	en
dc.subject	Αριθμητική ανάλυση	el
dc.subject	Numerical analysis	en
dc.subject	Σεισμικές καθιζήσεις	el
dc.subject	Παραμένουσες στροφές	el
dc.subject	Seismic settlements	en
dc.subject	Permanent rotations	en
dc.title	Αλληλεπίδραση κατασκευής-εδάφους-κατασκευής σε ρευστοποιήσιμα εδάφη με αργιλική επιφανειακή στρώση	el
heal.type	masterThesis
heal.secondaryTitle	Structure-Soil-Structure Interaction in Liquefiable Soils with a Clay Crust	en
heal.classification	Γεωτεχνική Σεισμική Μηχανική	el
heal.classification	Υπολογιστική Γεωμηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-06-27
heal.abstract	Πρόσφατα ανεπτυγμένες μεθοδολογίες (π.χ. Dimitriadi et al. 2017, Karamitros et al. 2013b) έχουν καταφέρει να ποσοτικοποιήσουν τις παραμένουσες καθιζήσεις μεμονωμένων επιφανειακών κατασκευών λόγω σεισμικής ρευστοποίησης. Εντούτοις, είναι αμφίβολο αν οι μεθοδολογίες αυτές μπορούν να εφαρμοστούν ως έχουν σε περιπτώσεις γειτονικών κατασκευών, όπου η αλληλεπίδραση κατασκευής – εδάφους – κατασκευής (SSSI, Structure – Soil – Structure Interaction) επηρεάζει τους μηχανισμούς ανάπτυξης μετακινήσεων (καθιζήσεων και στροφών) σε αυτές. Συνεπώς, η διεύρυνση χρήσης των υπαρχουσών μεθοδολογιών σε περιπτώσεις μη απομονωμένων θεμελίων μπορεί να καταστεί εφικτή μόνο αφού προηγηθεί η ποσοτικοποίηση της εν λόγω αλληλεπίδρασης. Για τον σκοπό αυτό, η παρούσα εργασία διερευνά τη δυναμική αλληλεπίδραση ζεύγους άκαμπτων επιφανειακών θεμελιολωρίδων, εστιάζοντας στην περίπτωση όπου μεταξύ των κατασκευών και του ρευστοποιήσιμου εδάφους παρεμβάλλεται λεπτή επιφανειακή αργιλική στρώση. Τα μεγέθη ενδιαφέροντος που κυρίως αξιολογήθηκαν ήταν οι συσσωρευμένες καθιζήσεις zSSSI και οι παραμένουσες στροφές θ καθενός εκ των δύο θεμελίων του ζεύγους, οι οποίες συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα μεγέθη όταν το κάθε θεμέλιο του ζεύγους είναι απομονωμένο, ήτοι την καθίζηση z και μηδενική στροφή (θ = 0 λόγω ομοιόμορφης φόρτισης των θεμελίων). Εκτελέστηκαν συνολικά σαράντα μία (41) μη γραμμικές πλήρως συζευγμένες δυναμικές αριθμητικές αναλύσεις με λογισμικό πεπερασμένων διαφορών (FLAC), για εδαφικό προφίλ αποτελούμενο από επιφανειακή άργιλο πάχους Hc=2m επί 8m άμμου σχετικής πυκνότητας Dr = 45%. Σε όλες τις αναλύσεις υποβλήθηκε στη βάση της ρευστοποιήσιμης άμμου μια (οιωνεί) αρμονική διέγερση μέγιστης επιτάχυνσης amax=0.2g και περιόδου Τ=0.35sec. Τα καταστατικά προσομοιώματα που χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση της συμπεριφοράς του εδάφους ήταν το Mohr-Coulomb για την άργιλο και το NTUA_SAND (Andrianopoulos et al. 2010) για την άμμο. Στην επιφάνεια θεωρήθηκαν αρχικά ένα ζεύγος θεμελίων ίδιου εύρους (στενών Β=5m και ευρέων Β=20m) και ίδιου ομοιόμορφου φορτίου (q=50kPa) και ακολούθησαν αναλύσεις για ζεύγη θεμελίων διαφορετικού εύρους (Β1 = 5m και Β2 = 20m) με ίδιο (q1 = q2 =50kPa) ή διαφορετικό φορτίο (q1 = 50kPa και q2 = 100kPa). Άλλες παράμετροι ενδιαφέροντος ήταν η απόσταση D μεταξύ των θεμελίων του ζεύγους, η οποία έλαβε τιμές από 2.5m έως 40m, καθώς και η αστράγγιστη διατμητική αντοχή της αργίλου, η οποία πήρε δύο (2) τιμές Su=20kPa ή 40kPa. Επιπλέον εκτελέστηκαν και είκοσι εννιά (29) στατικές αναλύσεις στα ίδια θεμέλια, με στόχο την αποτύπωση της αλληλεπίδρασης κατασκευής-εδάφους-κατασκευής στις στατικές καθιζήσεις και στη φέρουσα ικανότητα. Στη συναξιολόγηση των ευρυμάτων συμπεριλήφθηκαν και αποτελέσματα από αναλύσεις όπου το έδαφος έδρασης είναι μια ομοιόμορφη άμμος πάχους Η = 10m και σχετικής πυκνότητας Dr = 45%, δηλαδή με τα ίδια χαρακτηριστικά που είχε η άμμος πάχους 8m στις αναλύσεις με δίστρωτο έδαφος. Η πλειονότητα των αποτελεσμάτων αυτών αντλήθηκαν από τη Διπλωματική Εργασία της Τσεπελίδου (2021), η οποία υιοθέτησε την ίδια αριθμητική μεθοδολογία με την παρούσα εργασία. Η διερεύνηση της στατικής αλληλεπίδρασης υπέδειξε ότι η γειτονία θεμελίων ή ακόμη και η σειρά κατασκευής τους επηρεάζει (μειώνει) ελαφρά τις στατικές καθιζήσεις, αλλά όχι τη (στατική) φέρουσα ικανότητα αυτών. Αυτή η μείωση των καθιζήσεων προκύπτει μη ουσιώδης για συνήθεις συντελεστές ασφαλείας (π.χ. FS=3), ενώ σε κάθε περίπτωση φθίνει με την απόσταση, μέχρι να εξαλειφθεί για τιμές D ≥ 40m. Αντίστοιχα και η δυναμική αλληλεπίδραση φθίνει με την απόσταση, και ειδικά εάν υπάρχει ουσιώδης αργιλική κρούστα (π.χ. πάχους Ηc=2m) είναι μη σημαντική για ενδιάμεσες αποστάσεις D ≥ 20m. Εάν όμως δεν υπάρχει αργιλική κρούστα, τότε η αντίστοιχη απόσταση είναι μεγαλύτερη (π.χ. D ≥ 40m). Σε όρους καθιζήσεων, στις περισσότερες περιπτώσεις (80%) προκύπτει ευμενής αλληλεπίδραση (zSSSI/z < 1), με μέση τιμή των ευμενών λόγων καθιζήσεων μ=0.80 και τυπική απόκλιση σ=0.23, αν και για μικρές ενδιάμεσες αποστάσεις (D ≤ 10m) ο λόγος zSSSI/z = 0.74 ± 0.26. Συστηματική εξαίρεση αποτελούν τα βαριά θεμέλια (φορτίου q ≥ 100kPa) σε μικρές ενδιάμεσες αποστάσεις (D ≤ 10m), όπου παρατηρείται δυσμενής αλληλεπίδραση, χωρίς ωστόσο να παρατηρείται σημαντική προσαύξηση καθιζήσεων, συγκριτικά με την καθίζηση των μεμονωμένων θεμελίων (zSSSI/z = 1.13 ± 0.09). Σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να υπάρξει και πολύ ευμενής αλληλεπίδραση (π.χ. zSSSI/z = 0.07) αλλά μόνο για στενά θεμέλια φορτίου q=50kPa με γειτονικό ευρύ μεγαλύτερου φορτίου. Ως προς τις παραμέτρους που καθορίζουν την δυναμική αλληλεπίδραση σε όρους καθιζήσεων, οι σημαντικότερες είναι το φορτίο του θεμελίου q και το εάν υπάρχει ουσιώδης αργιλική κρούστα. Ακολουθούν κατά σειράς σπουδαιότητας, το εύρος του εξεταζόμενου θεμελίου B, και η τιμή των λόγων B/Bn και q/qn, όπου Βn και qn είναι το εύρος και το φορτίο του γειτονικού (neighboring) θεμελίου. Τέλος, όσον αφορά στις παραμένουσες στροφές, εκείνες είναι ουσιώδεις μόνο στα στενά θεμέλια (π.χ. εδώ έως και 1.2ο κατ’ απόλυτη τιμή) ενώ προκύπτουν πρακτικά μηδενικές για τα ευρέα. Οι στροφές των στενών θεμελίων τείνουν να είναι συγκλίνουσες προς το γειτονικό θεμέλιο για μικρές ενδιάμεσες αποστάσεις (π.χ. D=2.5m) και αντίθετης φοράς για μεγαλύτερες (π.χ. D=10m).	el
heal.abstract	Recently developed methodologies (e.g. Dimitriadi et al. 2017, Karamitros et al. 2013b) allow for the computation of permanent settlements of isolated surface structures due to seismic liquefaction. However, the usage of these methodologies in their present form is doubtful in cases of adjacent structures, where structure – soil – structure interaction (SSSI) affects their displacement (settlement and rotation) mechanisms. Thus, the use of the existing methodologies in cases of non-isolated shallow footings could only be made possible with the quantification of the aforementioned interaction effects. For this purpose, the present study investigates the seismic interaction of a pair of rigid strip footings, focusing on the case where a thin clay crust lies between the foundation and the liquefiable subsoil. The measures of interest that were mainly examined are the seismic settlements zSSSI and the permanent rotation θ of each of the two footings, in comparison to their corresponding values if the same footings were isolated, i.e., their settlement z and zero rotation (θ=0 due to uniform footing loading). A total of forty-one (41) nonlinear fully-coupled dynamic numerical analyses were performed with a finite difference code (FLAC), for a soil profile consisting of a surface clay layer with thickness Hc=2m over an 8m thick sand layer with relative density Dr = 45%. In all analyses, an (approximately) harmonic excitation of amplitude amax=0.2g and period Τ=0.35sec was applied to the bottom of the liquefiable sand. The constitutive models that were used for the simulation of the soil behavior, were the Mohr-Coulomb for the clay layer and the NTUA_SAND (Andrianopoulos et al. 2010) for the sand layer. Firstly, a pair of surface footings of the same width (narrow B=5m and wide B=20m) and the same uniform load (q=50kPa) were considered, and then additional analyses studied pairs of footings with different width (Β1 = 5m and Β2 = 20m) with the same (q1 = q2 =50kPa) or different uniform load (q1 = 50kPa and q2 = 100kPa). Other parameters of interest were the distance D between the two footings of the pair, which took values from 2.5m to 40m, as well as the undrained shear strength of the clay which took two (2) values, Su=20kPa or 40kPa. Moreover, twenty-nine (29) static analyses were performed for the same footings, in order to identify structure – soil – structure interaction in terms of static settlements and bearing capacity. For the evaluation of these findings, results from analyses for a uniform layer of sand with thickness H = 10m and relative density Dr = 45%, i.e., with the same properties as the 8m thick sand of the two-layered profile, were taken into account. Most of these results were extracted from the Diploma Thesis of Tsepelidou (2021) which followed the same numerical methodology with the present study. The investigation of the static interaction showed that having a neighboring footing, or constructing a footing later than an existing one reduces slightly its static settlements, but does not affect its bearing capacity. This reduction of settlements is not significant for common factors of safety (e.g., FS=3) and in all cases becomes less important as distance increases, until it vanishes for values of D ≥ 40m. Correspondingly, dynamic interaction reduces as distance increases and specifically in cases where a substantial clay crust exists (e.g., with thickness Hc=2m) it becomes unimportant for distances D ≥ 20m. However, if a clay crust does not exist, the corresponding distance is larger (e.g., D ≥ 40m). In terms of settlements, in most cases (80%) the interaction is favorable (zSSSI/z < 1), with the mean value of the beneficial settlement ratios to be μ=0.80 and the standard deviation σ=0.23, although for smaller distances (D ≤ 10m) the average settlement ratio is slightly lower. By exception, footings with a heavy load (q ≥ 100kPa) at small distances (D ≤ 10m), show systematically an unfavorable interaction, although the observed increase is not extremely significant, in comparison to the settlements of the isolated footings (zSSSI/z = 1.13 ± 0.09). In some cases, extremely favorable interaction can occur (e.g. zSSSI/z = 0.07) but only for narrow footings adjacent to wider footings with a heavier load. Regarding the parameters that govern seismic interaction in terms of settlements, the most important of them are the load of the footing q and whether a significant clay crust exists. These are followed, in descending order of importance, by the width of the examined footing B, and the values of ratios B/Bn and q/qn,, where Bn and qn are the width and the load of the neighboring footing. Finally, in regards to the permanent rotations, these may be important only for narrow footings (e.g., here up to 1.2o in absolute value) whereas they are practically zero for wide footings. Specifically, narrow footings tend to rotate towards the neighboring footing for small distances (e.g., D=2.5m) and towards the opposite direction for larger distances (e.g., D=10m).	en
heal.advisorName	Παπαδημητρίου, Αχιλλέας	el
heal.committeeMemberName	Μπουκοβάλας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Γερόλυμος, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	139 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false