Ότι καταλάβεται
Άρθρο Συγγραφέας εγώ.
ΠΟΣΟ ΑΝΤΕΧΟΥΝ ΤΑ ΣΠΙΤΙΑ ΜΑΣ ΣΤΟ ΣΕΙΣΜΟ? προβλήματα και λύσεις.
Μία κατασκευή στατικά δέχεται τρις δυνάμεις οι οποίες πολλαπλασιάζονται έως και τέσσερις φορές όταν γίνεται ισχυρός σεισμός.
Αναλόγως του μεγέθους της επιτάχυνσης που φτάνει κάτω από την κατασκευή σε έναν σεισμό, εξαρτάτε και το εισαγόμενο μέγεθος αυτών των δυνάμεων
Η κατασκευή δέχετε 1.Ροπές, 2.Ορθές δυνάμεις θλίψης και εφελκυσμού 3.Τέμνουσες
Μια κατασκευή για να μην γκρεμίσει, πρέπει να αντιπαραθέσει σε αυτές τις τρις δυνάμεις, ανάλογες ίσες και αντίθετες δυνάμεις ισορροπίας.
1.Στις εμφανιζόμενες ροπές, η κατασκευή πρέπει να έχει την ικανότητα να αντιπαραθέσει ίσες και αντίθετες αντίρροπες ροπές.
2.ίσες και αντίθετες δυνάμεις θλίψης και εφελκυσμού
3.ίσες και αντίθετες δυνάμεις προς τις τέμνουσες.
Ο σεισμός αρχικά δημιουργεί μια δύναμη αδράνειας στην κατασκευή και μερικές μικρότερες κάθετες συνιστώσες δυνάμεων με τις οποίες δεν θα ασχοληθούμε τώρα.
Η δύναμη αδράνειας εξαρτάτε από την επιτάχυνση του σεισμού που φτάνει κάτω από την κατασκευή Χ το βάρος της μάζας της κατασκευής.
Η αδράνεια έχει το ίδιο μέγεθος με την 3.Τέμνουσα βάσης η οποία είναι μια από τις τρις δυνάμεις που αναφέραμε, η οποία τέμνει τις διατομές εγκάρσια κοντά στην βάση. Το μέγεθος της επιτάχυνσης εξαρτάτε από το πλάτος ταλάντωσης Χ την συχνότητα των μετατοπίσεων ανά sec2
Η δύναμη ροπής έχει ένα μέγεθος το οποίο εξαρτάτε από την δύναμη αδράνειας Χ το ύψος της κατασκευής, και είναι μια από τις τρις δυνάμεις που αναφέραμε αρχικά.
Οι ορθές δυνάμεις θλίψης και εφελκυσμού που εισάγονται στην κατασκευή κατά τον σεισμό αναπτύσσονται από την δύναμη ροπής στις παρειές των τοιχωμάτων και υποστυλωμάτων καθ ύψος και έχουν την ίδια τιμή έντασης σε θλίψη και εφελκυσμό με την δύναμη ροπής
Οι δύναμη ροπής είναι ίδια και στο υποστύλωμα και στο τοίχωμα και στο τοιχίο.
Όμως κάθε ένα από αυτά τα τρία στοιχεία αντιδρούν διαφορετικά. Το υποστύλωμα έχει μικρή διατομή και η ροπή ανατροπής το ανατρέπει εύκολα.
Το τοιχίο και το τοίχωμα έχουν εκτός την διάσταση του ύψους και την διάσταση του πλάτους που είναι αρκετά μεγάλη και αντιστέκεται στην ανατροπή.
Βασικά το τοίχωμα έχει διπλό μοχλοβραχίονα, αυτόν του ύψους και αυτόν του πλάτους ο οποίος αντιστέκεται στην ροπή της ανατροπής.
Οπότε το μέγεθος της ροπής ανατροπής που θα προκύψει από την μάζα Χ το ύψος, πρέπει να το διαιρέσουμε με το πλάτος του τοιχώματος για να βρούμε την ροπή ανατροπής που δέχεται.
Συμπέρασμα α.Η πρώτη δύναμη αντίδρασης ( αντίρροπης ροπής ) ως προς την ροπή ανατροπής της κατασκευής, προέρχεται από τον μοχλοβραχίονα του πλάτους του υποστυλώματος. Το πλάτος της διατομής του τοιχώματος αντιστέκεται καλύτερα από την διατομή του υποστυλώματος και ως προς την τέμνουσα βάσης.
β. Η δεύτερη αντίδραση προς την ροπή ανατροπής προέρχεται από όλες τις διατομές των δοκών των πεδιλοδοκών, των υποστυλωμάτων και των τοιχωμάτων γύρω από τους κόμβους. Αυτές οι διατομές δημιουργούν αντίρροπες ροπές ως προς την ροπή ανατροπής της κατασκευής.
Συμπέρασμα
Η αρχική δύναμη της ροπής ανατροπής των τοιχωμάτων δημιουργεί τις ορθές δυνάμεις θλίψης και εφελκυσμού στις δύο παρειές των τοιχωμάτων και των υποστυλωμάτων και τις αντίρροπες ροπές των διατομών γύρο από τους κόμβους ενώ η τέμνουσα βάσης είναι μια ξεχωριστή καταστροφική δύναμη που τέμνει τις διατομές κοντά στην βάση, και αντιμετωπίζεται με την αύξηση του εμβαδού τις διατομής και με την ενίσχυση του εγκάρσιου οπλισμού ( τσέρκια )
Οι ορθές δυνάμεις θλίψης και εφελκυσμού παραλαμβάνονται από το σκυρόδεμα ( η θλίψη ) και από τον χάλυβα ( ο εφελκυσμός )
Για να συνεργαστεί το σκυρόδεμα και ο χάλυβας χρησιμοποιούν τον μηχανισμό της συνάφειας.
Με τον όρο συνάφεια ορίζεται η συνδυασμένη δράση των μηχανισμών που παρεμποδίζουν τη σχετική ολίσθηση μεταξύ των ράβδων του οπλισμού και του σκυροδέματος που τις περιβάλλει. Οι επιμέρους μηχανισμοί της συνάφειας είναι η πρόσφυση, η τριβή και, για την περίπτωση ράβδων χάλυβα με νευρώσεις, η αντίσταση του σκυροδέματος το οποίο εγκλωβίζεται μεταξύ των νευρώσεων.
Η συνδυασμένη δράση των μηχανισμών αυτών όταν ο χάλυβας εφελκύεται, επιφέρει την ανάπτυξη διατμητικών τάσεων στη διεπιφάνεια σκυροδέματος και χάλυβα.
Το σκυρόδεμα δεν αντέχει την διάτμηση με αποτέλεσμα όταν οι τάσεις φθάσουν στην οριακή τιμή τους επέρχεται καταστροφή της συνάφειας υπό μορφή διάρρηξης του σκυροδέματος κατά μήκος των ράβδων και αποκόλλησης των ράβδων χάλυβα. Αυτό είναι καταστροφικό διότι ακυρώνει την υπέρ αντοχή του χάλυβα και του σκυροδέματος στον εφελκυσμό και την θλίψη. Επίσης αυτός ο μηχανισμός συνεργασίας δημιουργεί περισσότερα προβλήματα που εντείνουν την πρόωρη αστοχία, όπως είναι η δημιουργία συγκέντρωσης μεγάλων εντάσεων σε συγκεκριμένη περιοχή, αυτή της κρίσιμης περιοχής αστοχίας, όπου αλλάζουν φορά οι εντάσεις, καθώς και την διαφορά δυναμικού στην πρόσφυση, όταν η κρίσιμη περιοχή αστοχίας εμφανίζεται κοντά στην βάση.
Η μείωση της διαμέτρου των ράβδων του χάλυβα, η καλή ποιότητα του σκυροδέματος και η αύξηση του εγκάρσιου οπλισμού ( τσέρκια ) μετριάζουν το πρόβλημα αυτό.
Ένα άλλο πρόβλημα που προκύπτει στον σεισμό είναι η ιδιοπερίοδος εδάφους κατασκευής. Κάθε κατασκευή δεν αντιδρά το ίδιο όταν δέχεται διαφορετικές συχνότητες μετατόπισης Κάθε κατασκευή παραμορφώνεται περισσότερο και στο μέγιστο σε ένα συγκεκριμένο φάσμα συχνοτήτων το οποίο είναι άγνωστο και διαφορετικό σε κάθε σεισμό. Η ιδιοπερίοδο κάθε κατασκευής εξαρτάτε από το ύψος του κτιρίου.
Αν οι συχνότητες του εδάφους συμπέσουν με την ιδιοπερίοδο του κτιρίου τότε σε κάθε νέο λίκνισμα μεγαλώνει περισσότερο η παραμόρφωσή του στην διάρκεια του χρόνου με αποτέλεσμα να καταστρέφεται η κατασκευή.
Η σημερινή τεχνολογία αντέχει μικρούς και μεσαίου μεγέθους σεισμούς με μικρές και μεσαίες επιταχύνσεις αν η διάρκεια του σεισμού είναι μικρή.
Η διάρκεια είναι ένας άλλος παράγοντας καταστροφής.
Ένα κτίριο αντέχει σήμερα μεγάλη επιτάχυνση για μικρή διάρκεια ή μικρή επιτάχυνση για μεγάλη διάρκεια. Δεν αντέχει όμως μεγάλη επιτάχυνση για μεγάλη διάρκεια.
Ένα κτίριο σήμερα αντέχει για μικρή διάρκεια μέχρι και 0,5g επιτάχυνση. Όμως ο μεγαλύτερος σεισμός που έχει καταγραφεί στην Ελλάδα έφθασε την επιτάχυνση του 1g ( 9,81m/sce2 ) και ο μεγαλύτερος σεισμός στον κόσμο κατεγράφη με επιτάχυνση 3g (29,43m/sce2 )
Συμπέρασμα
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, αν και αυτό. 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.
Λύση
Η λύση που δίνω στην αντισεισμικότητα των κατασκευών δεν ακυρώνει τον υπάρχοντα πλήρη αντισεισμικό κανονισμό απλά τον ενισχύει πάρα πολύ ώστε οι κατασκευές να αντέχουν οποιαδήποτε επιτάχυνση σεισμού. Δυστυχώς γίνονται και μεγάλοι σπάνιοι σεισμοί και υπάρχει η αναγκαιότητα ενίσχυσης τουλάχιστον στα έργα σπουδαιότητος όπως είναι τα νοσοκομεία τα δημόσια κτήρια και τα πολυσύχναστα κτίρια και μεγάλα έργα όπως γέφυρες φράγματα κ.λ.π
Η μέθοδος σχεδιασμού που προτείνω αυξάνει μηχανικά τις προδιαγραφές των υλικών προς τις δυνάμεις του σεισμού, και εισάγει στην απόκριση της κατασκευής πρόσθετες εξωτερικές δυνάμεις αντίδρασης, προερχόμενες από το έδαφος, οι οποίες δεν προσθέτουν μάζα στην κατασκευή οπότε δεν αυξάνουν τα φορτία αδράνειας. Σκοπός αυτής της εξωτερικής δύναμης που εισάγετε στην κατασκευή από μηχανισμούς, είναι να ενισχύσει την απόκριση της κατασκευής προς τις σεισμικές φορτίσεις και αυτό το πετυχαίνει εκ τρέποντας τις ροπές ανατροπής των τοιχωμάτων μέσα στο έδαφος.
Βασικά το έδαφος συμμετέχει στο να ισορροπήσει τις αναπτυσσόμενες δυνάμεις του σεισμού, μαζί με την συμμετοχή των διατομών ευρισκόμενες γύρο από τους κόμβους και με την συμμετοχή των τοιχωμάτων.
Από το μέγεθος της αδράνεια και το ύψος της κατασκευής εξαρτάτε το μέγεθος της ροπής
Από το μέγεθος της ροπής εξαρτάτε το μέγεθος των ορθών δυνάμεων της θλίψης και του εφελκυσμού
Από το μέγεθος της ροπής εξαρτάτε το μέγεθος των αντίρροπων ροπών που σπάνε τις διατομές γύρω από τους κόμβους.
Αν εκ τρέψουμε τις ροπές του τοιχώματος μέσα στο έδαφος, αυτό δεν θα εκτρέψει τις ροπές στους κόμβους οπότε θα ανακουφίσει τις διατομές γύρω του από τις αντίρροπες ροπές. Μία εκ των ορθών δυνάμεων αυτή του εφελκυσμού θα μειωθεί αρκετά.
Η μέθοδος σχεδιασμού που χρησιμοποιώ εκτρέπει αφενός τις ροπές των τοιχωμάτων μέσα στο έδαφος και το πετυχαίνει πακτώνοντας τις παρειές των τοιχωμάτων με το έδαφος χρησιμοποιώντας νέους ισχυρούς μηχανισμούς πάκτωσης εδάφους και βράχου, οι οποίοι βελτιώνουν και την ποιότητα του εδάφους θεμελίωσης και αφετέρου εφαρμόζουν θλίψη στις παρειές των τοιχωμάτων ώστε να αυξήσουν την αντοχή της διατομής του τοιχώματος ως προς την τέμνουσα βάσης, να αποτρέψουν την κάμψη των τοιχωμάτων και την δημιουργία ροπών στους κόμβους λόγο της κάμψης και της ροπής ανατροπής, να αποτρέψουν την δημιουργία διατμητικής αστοχίας στο σκυρόδεμα επικάλυψης λόγο της υπέρ αντοχής του χάλυβα στον εφελκυσμό, να μηδενίσουν τις τάσεις εφελκυσμού στην διατομή, και για να αυξήσουν το εύρος στην ελαστική μετατόπιση της κατασκευής αφού η προένταση θεωρείτε ελαστική διότι κλίνει τις αναπτυσσόμενες ρωγμές και επαναφέρει την κατασκευή στην αρχική της θέση.
https://www.youtube.com/watch?v=A4ez8RdQpjo&t=1s
Μέχρι πόσα Ρίχτερ αντέχει η Ελλάδα; Απαντήσεις στις ανησυχίες των πολιτών από τον Γ.Μελά