ΕΦΑΡΜΟΣΜΈΝΗ ΕΡΕΥΝΑ ΣΤΗΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΏΝ
Το πάρα κάτω άρθρο μου έχει δημοσιευθεί σε αυτό το συνδρομητικό επιστημονικό περιοδικό αναφοράς. http://www.technicalreview.gr/index....07-05-20-09-12
Συγγραφέας Ιωάννης Λυμπέρης (seismic)
Ανεξάρτητος ερευνητής της αντισεισμικής τεχνολογίας των κατασκευών.
Η αντισεισμική τεχνολογία των κατασκευών στην Ελλάδα διαθέτει εδώ και πολλά χρόνια τους πιο σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς στον κόσμο! Εν τούτοις οι κατασκευές δεν αντέχουν σε οποιοδήποτε μεγάλο σεισμό. Υπάρχουν πάρα πολλοί αστάθμητοι παράγοντες οι οποίοι μπορούν να επιφέρουν την καταστροφή και στις ποιο σύγχρονες αντισεισμικές κατασκευές. Βασικά οι συντελεστές που καθορίζουν την σεισμική συμπεριφορά των κατασκευών είναι πολυάριθμοι, και εν μέρη πιθανοτικού χαρακτήρα. (Άγνωστη η διεύθυνση του σεισμού, άγνωστο το ακριβές περιεχόμενο των συχνοτήτων της σεισμικής διέγερσης, άγνωστη η διάρκειά της.) Ακόμα οι μέγιστες πιθανές επιταχύνσεις που δίδουν οι σεισμολόγοι, και καθορίζουν τον συντελεστή αντισεισμικού σχεδιασμού έχουν πιθανότητα υπέρβασης, μεγαλύτερης του 10%.
Ο συσχετισμός των ποσοτήτων όπως είναι οι “αδρανειακές εντάσεις – δυνάμεις απόσβεσης – ελαστικές δυνάμεις- δυναμικά χαρακτηριστικά κατασκευής – αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής – επιβαλλόμενη κίνηση εδάφους” είναι μη γραμμικής κατεύθυνσης . Σύμφωνα με τους σύγχρονους κανονισμούς, ο αντισεισμικός σχεδιασμός των κτιρίων γίνεται με βάση τις απαιτήσεις του ικανοτικού σχεδιασμού και πλαστιμότητας. Η αναπόφευκτη ανελαστική συμπεριφορά υπό ισχυρή σεισμική διέγερση κατευθύνεται σε επιλεγμένα στοιχεία και μηχανισμούς αστοχίας.
Ειδικότερα, η έλλειψη ικανοτικού σχεδιασμού των κόμβων και η σαφώς περιορισμένη πλαστιμότητα των στοιχείων οδηγούν σε ψαθυρές μορφές αστοχίας.
Σκοπός του σύγχρονου αντισεισμικού κανονισμού είναι να κατασκευάσει δομές που: α) Σε συχνούς σεισμούς μεγάλης πιθανότητας να συμβούν δεν θα πάθουν τίποτα, β) Σε σεισμούς μέσης πιθανότητας να συμβούν θα πάθουν μικρές, επιδιορθώσιμες ζημιές και γ) Σε πολύ ισχυρούς σεισμούς μικρής όμως πιθανότητας να συμβούν δεν θα έχουμε απώλειες ανθρώπινων ζωών. Άρα δεν θα πρέπει να χρησιμοποιούμε τον όρο «απόλυτα” στις αντισεισμικές κατασκευές. Θα πρέπει να χρησιμοποιούμε τον όρο «ποιοτικές” κατασκευές που σημαίνει εφαρμογή τουλάχιστον των απαιτήσεων όλων των σύγχρονων κανονισμών. Η ποιότητα των κατασκευών και η ασφάλειά τους, είναι και συνάρτηση της οικονομικής κατάστασης των χωρών, μεταξύ των άλλων παραγόντων. Είναι ευνόητο ότι φτωχές χώρες δεν μπορούν να συγκριθούν με χώρες όπου έχουν ακριβούς σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς. Συμπέρασμα… δεν υπάρχει απόλυτος αντισεισμικός σχεδιασμός σήμερα, και δεν πρέπει να αναφερόμαστε σε απόλυτο αντισεισμικό σχεδιασμό. Οπότε υπάρχει μεγάλη ανάγκη σήμερα να εφεύρουμε έναν πιο σύγχρονο αντισεισμικό σχεδιασμό ο οποίος να ανταποκρίνεται στον απόλυτο αντισεισμικό σχεδιασμό, με μικρότερο κατασκευαστικό κόστος.
Οι μηχανισμοί και μέθοδοι σχεδιασμού της εφεύρεσης έχουν σκοπό να ελαχιστοποιήσουν τα προβλημάτων που σχετίζονται με την ασφάλεια των δομικών κατασκευών, στην περίπτωση αντιμετώπισης φυσικών φαινομένων όπως ο σεισμός, οι ανεμοστρόβιλοι, και οι ισχυροί άνεμοι. Αυτό επιτυγχάνετε ελέγχοντας τις παραμορφώσεις της δομής. Η βλάβη και η παραμόρφωση είναι στενά συνδεδεμένες έννοιες αφού με τον έλεγχο των παραμορφώσεων ελέγχεται και η βλάβη. Η εφεύρεση ελέγχει επαρκώς τις παραμορφώσεις ανεξαρτήτως της διάρκειας και της έντασης του σεισμού. Ρυθμίζει το λίκνισμα στα όρια της ελαστικής μετατόπισης αποτρέποντας ανελαστική μετατόπιση. Σύμφωνα με την εφεύρεση, αυτό επιτυγχάνεται με μια συνεχή έλξη των παρειών των τοιχωμάτων της κατασκευής προς το έδαφος και του εδάφους προς τα τοιχώματα ενώνοντας τα δύο μέρη σε ένα σώμα. Τις εντάσεις εφαρμόζουν μηχανισμοί πάκτωσης και έλξης. Αποτελούνται από τένοντες, οι οποίοι διαπερνούν ελεύθερα, το σώμα των παρειών ( με την βοήθεια σωλήνων διόδου ) καθώς και το μήκος γεωτρήσεων κάτω από αυτές. Τα κάτω άκρα των τενόντων πακτώνονται στα βάθη των γεωτρήσεων με μηχανισμούς τύπου μεταλλικών παρειών πίεσης, διαστελλόμενων αξονικά προς τα πρανή, με την βοήθεια περιστρεφόμενων αντεστραμμένων και αντικριστών ακτινίων. Το άνω άκρο των πακτώνεται στις παρειές της ανώτατης στάθμης με μηχανισμούς πάκτωσης και έλξης οι οποίοι έχουν την δυνατότητα να επιβάλουν θλιπτικά φορτία στις διατομές των τοιχωμάτων. Η έλξη των τενόντων από τους μηχανισμούς ευρισκόμενοι στα ανώτατα άκρα των παρειών των τοιχωμάτων, καθώς και η αντίδραση σε αυτήν την έλξη προερχόμενη από τα κάτω πακτωμένα άκρα των τενόντων στα βάθη των γεωτρήσεων δημιουργούν την ένωση των τοιχωμάτων με το έδαφος. Πριν την ανέγερση της κατασκευής εφαρμόζουμε έλξη στους τένοντες, διπλάσια των εντάσεων υπολογισμού μεταξύ του ύψους της επιφάνειας θεμελίωσης και του μηχανισμού αγκύρωσης στα βάθη της γεώτρησης. Κατά την έλξη του τένοντα από την επιφάνεια εδάφους, ο μηχανισμός πάκτωσης διαστέλλεται, ασκώντας περιφερειακές ακτινικές πιέσεις προς τα χαλαρά πρανή της γεώτρησης, εξασφαλίζοντας αφενός συμπύκνωση αυτών και αφετέρου μεγάλη τριβή στην διεπιφάνεια των σιαγόνων του μηχανισμού και του εδάφους δημιουργώντας συνθήκες συνάφειας για την πάκτωση του μηχανισμού στο εδάφους. Διατηρώντας τις μηχανικές εντάσεις, γεμίζουμε με ένεμα την οπή, για περαιτέρω πρόσφυση, καθώς και για την προστασία του μηχανισμού από οξείδωση. Ολοκληρώνοντας την πάκτωση στο έδαφος διαθέτουμε έναν μηχανισμό θεμελίωσης εις βάθος ο οποίος επιτυχώς αναλαμβάνει τις ανοδικές, και καθοδικές εντάσεις του πέλματος βάσης. Ακολουθεί η σταδιακή κατασκευή του έργου και η ελεύθερη διέλευση των τενόντων μέσα από τις παρειές των τοιχωμάτων με την βοήθεια σωλήνων διόδου και περικοχλίων για την σταδιακή επέκταση του μήκους. Υπάρχει η δυνατότητα απλής πάκτωσης του άνω άκρου των τενόντων στα ανώτατα άκρα των τοιχωμάτων, ή μπορούμε εναλλακτικά να επιβάλουμε με τον μηχανισμό έλξης, θλιπτικές εντάσεις στην διατομή τους πριν πακτωθούν. Η μέθοδός σχεδιασμού περιλαμβάνει κατασκευή ικανού αριθμού και μεγέθους τοιχωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος, με πανταχόθεν διατομές, τοποθετημένα στις κατάλληλες θέσεις, στα οποία οι μηχανισμοί επιβάλουν από τα ανώτατα άκρα τους θλιπτικά φορτία σε όλες τις παρειές της διατομής τους, με σκοπό να εφαρμόσουν ροπές ευστάθειας έναντι των ροπών ανατροπής οι οποίες τους επιβάλλονται από τις πανταχόθεν εδαφικές μετατοπίσεις και τις εντάσεις αδράνειας. Η δύναμη που εφαρμόζει τα θλιπτικά φορτία στις διατομές προέρχεται από μια εξωτερική πηγή, αυτήν του εδάφους θεμελίωσης. Τα τοιχώματα ενδέχεται να βρίσκονται στην περίμετρο του κτιρίου, ( πλην προσόψεων καταστημάτων ) να περιβάλλουν το κλιμακοστάσιο και τον ανελκυστήρα, (ισχυροί πυρήνες) και ενδεχομένως να αποτελούν εσωτερικά τοιχώματα (π.χ. διαχωρισμού διαμερισμάτων) καθ΄ όλο το ύψος του κτιρίου. Η τοποθέτηση πολλών ισχυρών τοιχωμάτων συνεπάγεται βέβαια, λόγο της μεγάλης δυσκαμψίας τους, σημαντική μείωση της θεμελιώδους ιδιοπεριόδου της κατασκευής. Αυτό, σε συνδυασμό και με την θεώρηση q=1, οδηγεί σε αντίστοιχα μεγάλη αύξηση των σεισμικών φορτίων της κατασκευής. Εν τούτης, δεν πρέπει να παραβλέπεται ότι ακριβώς λόγο των πολλών και ισχυρών τοιχωμάτων αυξάνει περισσότερο η αντοχή ή αντίστροφα μειώνονται τα φορτία διατομής παρά την αύξηση των σεισμικών φορτίων. Τα τοιχώματα κατά το λίκνισμα της κατασκευής παραλαμβάνουν ροπές ( Μ ), ορθές δυνάμεις ( Ν ) ( θλιπτικές και εφελκυσμού ), και τέμνουσες ( Q )Το τοίχωμα υπό την επιβολή των θλιπτικών εντάσεων του μηχανισμού, της τάξεως 50% σθρ., αυξάνει την αντοχή του ως προς τις τέμνουσες ( Q ) κατά 36%. Η επιβολή θλιπτικών δυνάμεων στις διατομές εφαρμόζεται για τον μηδενισμό των εφελκυστικών εντάσεων, την δημιουργία ροπών ευστάθειας και την αύξηση αντοχή της διατομής προς τις τέμνουσες. Η επιβολή θλιπτικών δυνάμεων έχει πολύ θετικά αποτελέσματα καθότι βελτιώνει τις τροχιές του λοξού εφελκυσμού, εξασφαλίζει μειωμένη ρηγμάτωση λόγο θλίψης, αυξάνοντας συγχρόνως την ενεργή διατομή του τοιχώματος.
Τις θλιπτικές δυνάμεις ( Ν ) τις παραλαμβάνει η διατομή του τοιχώματος και τις μεταφέρει στον μηχανισμό πάκτωσης εδάφους, ο οποίος τις στέλνει στα πρανή της γεώτρησης. Ο μηχανισμός πάκτωσης αυξάνει την αντοχή του χαλαρού εδάφους θεμελίωσης δημιουργώντας ισχυρές εδαφικές ζώνες παλαβής φορτίων. Οι ανοδικές εντάσεις του τοιχώματος, και οι κατακόρυφες συνιστώσες φορτίων, δημιουργούν εφελκυσμό ( Ν ) Οι ανοδικές εντάσεις παραλαμβάνονται από τον τένοντα από τους κόμβους της ανώτατης στάθμης και εκτρέποντας αυτές τις κατευθύνει μέσα στο έδαφος, αφαιρώντας την μια εκ των δύο δυνάμεων που δημιουργεί τον εφελκυσμό στην παρειά του τοιχώματος. Κατά αυτήν την μέθοδο σταματά η ανάκληση του πέλματος βάσης καθώς και κάμψη του τοιχώματος, αιτίες οι οποίες δημιουργούν τις ροπές ( Μ ) στους κόμβους υπεύθυνες για την κάμψη του κορμού των στοιχείων του φέροντα οργανισμού.Οι εντάσεις εφελκυσμού ( Ν ) στην παρειά, πλέον δεν υφίστανται.Με την μέθοδο σχεδιασμού, πάκτωσης των κόμβων της ανώτατης στάθμης με το έδαφος ευελπιστώ να εκτρέψω τις εντάσεις αδράνειας της κατασκευής μέσα στο έδαφος, αφαιρώντας αυτές από τις περιοχές που οδηγούνται σήμερα, προλαμβάνοντας και αποτρέποντας τις παραμορφοσιακές ιδιομορφές που είναι τόσες πολλές όσες είναι και οι διαφόρων κατευθύνσεων μετατοπίσεις του σεισμού, ώστε η ένταση στον φορέα να είναι περιορισμένη, εξασφαλίζοντας συγχρόνως μία πιο ισχυρή φέρουσα ικανότητα του εδάφους θεμελίωσης. Με την σωστή διαστασιολόγιση των τοιχωμάτων και την τοποθέτησή τους σε κατάλληλες θέσεις αποτρέπουμε τον στρεπτοκαμπτικό λυγισμό σε ασύμμετρες και μεταλλικές υψίκορμες κατασκευές. Η γεώτρηση μας δείχνει την ποιότητα του εδάφους θεμελίωσης το οποίο κρύβει πολλές εκπλήξεις λόγο της φυσικής του ανομοιογένειας . Η πάκτωση κατασκευής εδάφους δεν επιτρέπει κατακόρυφες αναπηδήσεις , εξαλείφοντας τις κρουστικές εντάσεις οι οποίες αυξάνουν τα φορτία κατασκευής και εδάφους. Διατηρεί την κατασκευή, μέσα στα όρια μετατόπισης της ελαστικής φάσης, ανεξαρτήτως τις έντασης και διάρκειας του σεισμού, αποτρέποντας τον συντονισμό.