Από τον μαστρογιάννη με αγάπη. Όλα τα βασικά που πρέπει να ξέρετε για τους σεισμούς και τις κατασκευές.
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.
ΠΛΑΣΤΙΜΟΤΗΤΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΗ ΜΕΤΑΤΟΠΙΣΗ
Η Πλαστιμότητα των δομικών στοιχείων και των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα χαρακτηρίζεται από την ικανότητα τους να παραμορφώνονται πέραν του ορίου διαρροής, χωρίς να απομειώνεται σημαντικά η αντοχή τους
Σύμφωνα με την § 5.2.1 του ΕΚ8 υπάρχει επιλογή σχεδιασμού της διαθέσιμης πλαστιμότητας του κτιρίου.
Τα κτίρια οπλισμένου σκυροδέματος ( Ο.Σ ) μπορούν να μελετηθούν με δύο διαφορετικές μεθόδους σχεδιασμού.
α) Να σχεδιαστούν διαθέτοντας την αναγκαία πλαστιμότητα που σημαίνει να διαθέτουν την απαιτούμενη - αναγκαία ικανότητα να καταναλώνουν σεισμική ενέργεια, χωρίς όμως να χάνουν την αντοχή τους σε όλες τις φορτίσεις κατά το λίκνισμα του σεισμού.
β) Να σχεδιαστούν διαθέτοντας μικρή πλαστιμότητα δηλαδή χαμηλή ικανότητα κατανάλωσης ενέργειας, αλλά να διαθέτουν πολύ μεγάλη δυναμική.
Η συμπεριφορά της δομής κατά τη διάρκεια ενός σεισμού είναι βασικά μια οριζόντια μετατόπιση (ας ξεχάσουμε για μια στιγμή οποιαδήποτε κατακόρυφη συνιστώσα) που επαναλαμβάνεται μερικές φορές.
Άν η μετατόπιση είναι αρκετά μικρή για να κρατήσει όλα τα μέλη της δομής εντός της ελαστικής περιοχής, η ενέργεια που δημιουργείται, είναι ενέργεια που αποθηκεύεται στη δομή ( στον κορμό των στοιχείων ) και εκτονώνεται μετά για να επαναφέρει την δομή στην αρχική της μορφή. Σαν το ελατήριο.
Αυτή την αποθήκευση της ενέργειας και εν συνεχεία την απόδοσή της προς την αντίθετη κατεύθυνση που εφαρμόζει το ελατήριο, στην δομική κατασκευή την αποθηκεύει και την εκτονώνει το υποστύλωμα και η δοκός.
Με λίγα λόγια, όλη η επιτάχυνση του σεισμού μετατρέπεται σε αποθηκευμένη ενέργεια στην δομή.
Όσο η μετατόπιση κρατά κάθε τμήμα οποιουδήποτε μέλους εντός ελαστικής περιοχής, όλη η ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στη δομή θα κυκλοφορήσει στο τέλος του κύκλου, προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Αυτή η περιοχή μετατόπισης ονομάζεται ελαστική περιοχή, στην οποία δεν παρατηρούνται αστοχίες.
Εάν η σεισμική ενέργεια (που μετράται από την επιτάχυνση εδάφους) είναι πάρα πολύ μεγάλη, θα παράγει υπερβολικά μεγάλες μετατοπίσεις που θα προκαλέσουν μια πολύ υψηλή καμπυλότητα στα κατακόρυφα και οριζόντια στοιχεία.
Αν η καμπυλότητα είναι πολύ υψηλή, αυτό σημαίνει ότι η περιστροφή των τμημάτων των στηλών και των δοκών θα είναι πολύ πάνω από την ελαστική περιοχή (Θλιπτική παραμόρφωση σκυροδέματος πάνω από το 0,35% και τάσεις των ινών του οπλισμού πάνω από το 0,2 %) πέραν του ορίου διαρροής.
Όταν η περιστροφή περάσει πάνω από αυτό το όριο ελαστικότητας, η δομή αρχίζει να «διαλύει την αποθήκευση της ενέργειας «μέσω πλαστικής μετατόπισης, το οποίο σημαίνει ότι τα τμήματα θα έχουν μια υπολειμματική μετατόπιση που δεν θα είναι σε θέση να ανακτηθεί (ενώ στην ελαστική περιοχή όλες οι μετατοπίσεις ανακτούνται).
Βασικά ο σχεδιασμός της αντοχής ενός σημερινού κτιρίου περιορίζετε στα όρια του ελαστικού φάσματος σχεδιασμού, και μετά περνά στις προεπιλεγμένες πλαστικές περιοχές διαρροής, οι οποίες είναι προεπιλεγμένες περιοχές μικρών και πολλών διαρροών αστοχίας, (συνήθως σχεδιάζονται να συμβούν στα άκρα των δοκών) ώστε να μην καταρρεύσει η δομή.
Αυτός είναι ο μηχανισμός της πλαστιμότητας που καταναλώνει σεισμική ενέργεια.
(Η δομή καταρρέει όταν αστοχήσουν τα υποστυλώματα με λοξό / σχήμα αστοχίας)
Αν τα τμήματα που βιώνουν τις πλαστικές παραμορφώσεις, ξεπερνούν το όριο του σημείου θραύσης, και είναι και πάρα πολλές πάνω στην δομή, η δομή θα καταρρεύσει.
Αυτά είναι τα όρια αντοχής της σημερινής αντισεισμικής τεχνολογίας των κατασκευών.
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, αλλά σε ποιοτικό 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.
Μέτρηση σεισμικών δυνάμεων
Για να χαρακτηρίσουν ή να μετρήσουν την επίδραση ενός σεισμού στο έδαφος (γνωστή και ως «κίνηση εδάφους»), χρησιμοποιούνται συνήθως οι ακόλουθοι ορισμοί:
Η επιτάχυνση είναι ο ρυθμός μεταβολής της ταχύτητας, μετρημένος σε "g" s στα 980 cm / sec² ή 1,00 g.
Για παράδειγμα,
0,001 g ή 1 cm / sec 2 είναι αντιληπτή από τους ανθρώπους
0,02 g ή 20 cm / sec 2 προκαλεί την απώλεια της ισορροπίας των ανθρώπων
Το 0.50g είναι πολύ υψηλό, αλλά τα κτίρια μπορούν να επιβιώσουν αν η διάρκεια είναι μικρή και εάν η μάζα και η διαμόρφωση έχουν αρκετή απόσβεση
Η ταχύτητα είναι ο ρυθμός αλλαγής θέσης, ο οποίος μετράται σε εκατοστά ανά δευτερόλεπτο.
Η μετατόπιση είναι η απόσταση από το σημείο ανάπαυσης, μετρημένη σε εκατοστά.
Διάρκεια είναι το χρονικό διάστημα που οι κύκλοι κλονισμού παραμένουν.
Το μέγεθος είναι το "μέγεθος" του σεισμού, που μετράται από την κλίμακα Ρίχτερ, το οποίο κυμαίνεται από 1-10. Η κλίμακα Richter βασίζεται στο μέγιστο εύρος ορισμένων σεισμικών κυμάτων και οι σεισμολόγοι εκτιμούν ότι κάθε μονάδα της κλίμακας Ρίχτερ είναι 31 φορές η αύξηση της ενέργειας. Η κλίμακα μεγέθους στιγμιότυπων είναι ένα πρόσφατο μέτρο που χρησιμοποιείται συχνότερα.
Εάν το επίπεδο επιτάχυνσης συνδυάζεται με την διάρκεια, προσδιορίζεται η ισχύς καταστροφής. Συνήθως, όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια, τόσο λιγότερη επιτάχυνση μπορεί να αντέξει το κτίριο. Ένα κτίριο μπορεί να αντέξει πολύ μεγάλη επιτάχυνση για πολύ μικρό χρονικό διάστημα σε αναλογία με τα μέτρα απόσβεσης που ενσωματώνονται στη δομή.
Η ένταση είναι η ποσότητα ζημιών που προκαλεί τοπικά ο σεισμός, ο οποίο μπορεί να χαρακτηριστεί από την τροποποιημένη κλίμακα Mercalli (MM) 12 επιπέδων όπου κάθε επίπεδο υποδηλώνει μια ορισμένη καταστροφή που σχετίζεται με την επιτάχυνση της γης. Η καταστροφή του σεισμού ποικίλλει ανάλογα με την απόσταση από την προέλευση (ή το επίκεντρο), τις τοπικές συνθήκες εδάφους και τον τύπο της κατασκευής.
Το έδαφος έχει επίσης μια περίοδο που κυμαίνεται μεταξύ 0,4 και 1,5 δευτερόλεπτα, στο πολύ μαλακό έδαφος κυμαίνεται στα 2,0 δευτερόλεπτα. Τα μαλακά εδάφη γενικά έχουν την τάση να αυξάνουν την ανάδευση κατά 2 έως 6 φορές σε σύγκριση με το βράχο. Επίσης, η περίοδος του εδάφους που συμπίπτει με τη φυσική περίοδο του κτηρίου μπορεί να ενισχύσει σε μεγάλο βαθμό την επιτάχυνση του κτιρίου και ως εκ τούτου αποτελεί σχεδιαστικό κριτήριο.
Το ύψος είναι ο κύριος καθοριστικός παράγοντας της βασικής περιόδου - κάθε αντικείμενο έχει τη δική του βασική περίοδο στην οποία θα δονείται. Η περίοδος είναι ανάλογη με το ύψος του κτιρίου.
Ποτέ μην στέκεσαι μπροστά από τον εφευρέτη και πίσω από τον γάιδαρο.
