Θεμελίωση με ασύνδετους στην κεφαλή πασσάλους: μονοτονική και σεισμική απόκριση

Abstract

Σε σύγχρονα έργα, σε θεμελιώσεις με πασσάλους, οι πάσσαλοι διαχωρίζονται από την πλάκα θεμελίωσης, και εισ γεται ένα ενδιάμεσο στρώμα, το οποίο ομαλοποιεί τις τάσεις που ασκούνται στην επιφάνεια της πλάκας θεμελίωσης. Με αυτόν τον τρόπο, οι πάσσαλοι δεν αποτελούν πλέον δομοστατικό τμήμα της κατασκευής, και επομένως δεν χρειάζεται να ικανοποιούν μια πληθώρα απαιτήσεων, κάνοντας αυτή την μέθοδο θεμελίωσης πιθανώς πιο οικονομική. Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει, χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη αριθμητική ανάλυση, την απόκριση της θεμελίωσης με ασύνδετους στην κεφαλή πασσάλους, η οποία υπόκειται σε στατική και δυναμική φόρτιση, με την χρήση 7 πραγματικών σεισμικών καταγραφών. Επίσης γίνεται σύγκριση της εν λόγω θεμελίωσης με την θεμελίωση με συνδεδεμένους πασσάλους (πασσαλομάδα), και με το επιφανειακό θεμέλιο. Πέρα από τους ισχύοντες αντισεισμικούς κανονισμούς, εξετάζεται και μια νέα φιλοσοφία σχεδιασμού, η οποία εκμεταλλεύεται την φέρουσα ικανότητα του εδάφους (μη συμβατικός σχεδιασμός). Για τους παραπάνω σκοπούς, σχεδιάστηκαν πέντε διαφορετικοί τύποι θεμελίωσης, για την θεμελίωση ενός τυπικού βάθρου γέφυρας (μονοβάθμιος ταλαντωτής): 1. συμβατικά σχεδιασμένη πασσαλομάδα, 2. συμβατικά σχεδιασμένη θεμελίωση με ασύνδετους στην κεφαλή πασσάλους, 3.συμβατικά σχεδιασμένη επιφανειακή θεμελίωση, 4, μη συμβατικά σχεδιασμένη θεμελίωση με ασύνδετους στην κεφαλή πασσάλους, και 5. μη συμβατικά σχεδιασμένη επιφανειακή θεμελίωση, με επιφανειακή βελτίωση εδάφους (crust). Για μεγάλης έντασης σεισμούς, που ξεπερνούν τα όρια που έχουν τεθεί από τους κανονισμούς, η κατασκευή αποκτά σοβαρές ανελαστικές παραμορφώσεις, ενώ η νέα μέθοδος σχεδιασμού, αποδεικνύεται πλεονεκτική για την κατασκευή. Παρατηρείται επίσης στην θεμελίωση με ασύνδετους πασσάλους, ότι με την εξυγίανση της παρεμβαλλόμενης μεταξύ της κεφαλής των πασσάλων και της πλάκας θεμελίωσης στρώσης, δεν υπάρχει κόστος από άποψη μόνιμων καθιζήσεων, σε σχέση με την πασσαλομάδα.

In some recent projects, the piles of piled foundations, have been separated from the raft by a granular layer which creates a more uniform pressure distribution on the raft bottom. Since the structural considerations of such piles are no longer critical in the design, this foundation method might be economically more efficient. This diploma thesis examines, using numerical analysis, the response of the foundation with unconnected piles subjected to static and dynamic loading, through 7 real seismic records, and compares it with behavior of the pile group and shallow foundation. Moreover, in the present study, a new seismic design philosophy that takes advantage of soil "failure" mechanism is presented (unconventional foundation systems). For the above goals, a simple but realistic bridge structure is used, and five different foundation systems are employed: (a). conventional pile group foundation; (b). conventional disconnected pile foundation system; (c). conventional shallow foundation; (d). unconventional disconnected pile foundation system; and (e). unconventional Shallow foundation with surface soil improvement (crust). For large intensity earthquakes, exceeding the design limits, serious inelastic structural deformation is provoked for conventional foundation systems, while the new design approach is proven advantageous for the structure. It is also shown that by using an improved soil layer between the raft and the piles, there isn't a price to pay in terms of increased residual settlements, compared with the pile group foundation system.