Χαρακτηριστικές αστοχίες από σεισμό και η αντιμετώπισή τους

Του Βαγγέλη Ματράγκου

Γράφει ο Βαγγέλης Ματράγκος Πολ. Μηχανικός ΕΜΠ, MSc, με αφορμή την έκδοση από τον IABSE, υπό την ευθύνη του κ. Στέφανου Δρίτσου, ομότιμου καθηγητή του Π. Πατρών ένος νέου συγγράμματος, το οποίο συνδέει χαρακτηριστικές σεισμικές βλάβες, με την θεωρία της μηχανικής των κατασκευών.

Αν δεν ζούσαμε σε σπίτια, ή αν δεν χρειαζόμασταν γέφυρες για να μετακινηθούμε, ο σεισμός θα ήταν μια ευχάριστη και ακίνδυνη εμπειρία, σαν το λούνα παρκ. Από τη στιγμή όμως που ο άνθρωπος άρχισε να καλύπτει τη βασική του ανάγκη για στέγαση, ο σεισμός έπαψε να είναι ένα ακίνδυνο φαινόμενο. Και όσο ο άνθρωπος εξελίσσονταν, τόσο περισσότερο άρχισαν να τον επηρεάζουν τα αποτελέσματα του σεισμού.

Στην αρχή ζούσε σε σπηλιές, μετά ξεκίνησε να κατασκευάζει μικρά σπίτια μονώροφα, από ξύλο, μετά από πέτρα, μετά μεγαλύτερα σπίτια, μετά μεγαλοπρεπή μνημεία, υποδομές κοκ. Η σεισμική τρωτότητα αυξάνονταν με την εξέλιξη του ανθρώπου. Αρκεί να αναλογιστεί κάποιος πως ο πρώτος αντισεισμικός κανονισμός θεσπίστηκε στην Ελλάδα, το 1959. Είχαν βέβαια προηγηθεί οι αντισεισμικές διατάξεις στον οικοδομικό κανονισμό Κορίνθου-Λουτρακίου το 1928, οι οποίες ακολούθησαν μετά τον καταστρεπτικό σεισμό της περιοχής. Αυτό δίνει μια εικόνα της ποιότητας όσων κατασκευών διασώζονται σήμερα, που δεν έχουν μελετηθεί να αντιστέκονται σε σεισμικά φορτία.

Από την αρχαιότητα ακόμα, είχαν αρχίσει να λαμβάνουν μέτρα, μείωσης του σεισμικού κινδύνου, όπως η κατασκευή κτιρίων σε βράχο και όχι σε μαλακά εδάφη και η κατασκευή μεγάλων κιόνων, όχι μονολιθικά αλλά με δακτυλίους, ένα είδος αρχαίας τεχνολογίας σεισμικής μόνωσης και απόσβεσης.

Αυτά προέκυψαν μέσα από την παρατήρηση των καταστρεπτικών αποτελεσμάτων των σεισμών, όπως και σε όλες τις επιστήμες, την φυσική την ιατρική κλπ.

Ειδικότερα σε ό,τι αφορά ην παρατήρηση των αποτελεσμάτων ενός σεισμού, αυτή γίνεται σε αντίξοες συνθήκες, μιας και για να έχει νόημα θα πρέπει να  συμβαίνουν απαραίτητα δύο χαρακτηριστικά:

• Ο σεισμός να είναι καταστρεπτικός, αλλιώς δεν έχουμε να παρατηρήσουμε τίποτα.
• Οι κατασκευές οι οποίες επλήγησαν να έχουν κάποια ελάχιστα επίπεδα ποιότητας κατασκευής και να μην είναι πρόχειρες με ευτελή υλικά.

Η παρατήρηση όμως από μόνη της αν δεν συνοδεύεται από καταγραφή και επεξεργασία δεν έχει αξία.

Για αυτό το λόγο ο International Association for Bridgeand Structural Engineering (IABSE) εξέδωσε ένα σύγγραμα το οποίο ίσως είναι το μοναδικό σήμερα, το οποίο συνδέει χαρακτηριστικές σεισμικές βλάβες , με την θεωρία της μηχανικής των κατασκευών. Είναι ίσως το μόνο εγχειρίδιο «κλινικής εξέτασης» κατασκευών, ένα πολύτιμο εργαλείο για τον μελετητή αλλά και κατασκευαστή μηχανικό με τίτλο Characteristic Seismic Failures of Buildings. / Dritsos, Stephanos E. (Editor); Moseley, Jon; Lampropoulos, Andreas; Apostolidi, Eftychia; Giarlelis, Christos, της σειράς Structural Engineering Documents, το οποίο μπορείτε να προμηθευτείτε από εδώ: https://www.iabse.org/IABSE/Press_Releases/SED16.aspx

Υπεύθυνος της έκδοσης είναι ο Στέφανος Δρίτσος, ομότιμος καθηγητής του Π. Πατρών.

Το εγχειρίδιο καταπιάνεται με κατασκευές από οπλισμένο σκυρόδεμα και τοιχοποιία, κατηγοριοποιεί τις αστοχίες, εξηγεί τους λόγους και τέλος προτείνει καλές πρακτικές, τόσο σε επίπεδο αρχικού σχεδιασμού, όσο και σε επίπεδο ενίσχυσης πριν το σεισμό αλλά και επισκευής μετά.

Στο πρώτο κεφάλαιο δίνονται οι βασικές αρχές του αντισεισμικού σχεδιασμού. Στο δεύτερο κεφάλαιο καταγράφονται οι βασικοί τύποι λαθών στον σχεδιασμό των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα. Εξηγούνται οι έννοιες της μη γεωμετρικής κανονικότητας στην διαμόρφωση του στατικού φορέα, η δημιουργία «μαλακού» ορόφου και κοντών υποστυλωμάτων. Ακολούθως, αποτυπώνονται φωτογραφικά τα αποτελέσματα των παραπάνω λανθασμένων προσεγγίσεων από διάφορους σημαντικούς σεισμούς, εξηγούνται επιστημονικά και προτείνονται μέτρα αποφυγής αλλά και ενίσχυσης. Εν συνεχεία παρατηρούνται άλλες κλασικού τύπου αστοχίες όπως ο μηχανισμός ισχυρής δοκού-ασθενούς υποστυλώματος, αστοχίας κόμβου, λυγισμού διαμήκους οπλισμού και μεταφράζονται οι εικόνες αστοχίας σε αίτια και προτείνονται μέτρα.

Εικόνα 1 Αίγιο 1995

Στην φωτογραφία βλέπουμε μια χαρακτηριστική πλήρη κατάρρευση από τον σεισμό  στο Αίγιο το 1995

Μία συνήθης μορφή αστοχίας είναι στα «θέσει» κοντά υποστυλώματα, που εμφανίζονται στην πλειονότητα των παλιών αλλά και σύγχρονων βιομηχανικών κτιρίων, λόγω ανάγκης φωτισμού.

Τα αποτελέσματα της λογικής των παλαιότερων κανονισμών όπου οι δοκοί ήταν ισχυρότεροι από τα υποστυλώματα, με αποτέλεσμα αυτά να αστοχούν πρώτα φαίνονται ακολούθως.

Εικόνα 2«Θέσει» κοντά υποστυλώματα

Εικόνα 3 Λυγισμός διαμήκους

Εικόνα 4 Ισχυρές δοκοί-ασθενή υποστυλώματα

Άλλη μια κλασικού τύπου αστοχία, η οποία έχει αναλυθεί σε παλαιότερο άρθρο μου (δείτε εδώ), είναι αυτή του «μαλακού ορόφου», που σχηματίζεται σε pilotis. Τέτοιες αστοχίες υπήρξαν πολλές σε σεισμούς και στην εικόνα 5 βλέπουμε μία από τον σεισμό του Αιγίου το 1995.

Εικόνα 5 Αστοχία «μαλακού ορόφου»

Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται οι κατασκευές από τοιχοποιία. Καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του βιβλίου, μιας και αποτελούν την πλειονότητα των κατασκευών παγκοσμίως, έχουν την μεγαλύτερη τρωτότητα και οι αντίστοιχοι κανονισμοί υπολείπονται των κατασκευών από οπλισμένο σκυρόδεμα.

Παρουσιάζονται αστοχίες και σε οπλισμένη και σε άοπλη τοιχοποιία. Είναι γεγονός δε πως στην τοιχοποιία, ο μηχανισμός των αστοχιών είναι πολυπλοκότερος και λιγότερο επιστημονικά τεκμηριωμένος, επομένως η συμβολή του εγχειριδίου είναι σημαντική και στον τομέα αυτό.

Μία από τις βασικότερες αιτίες αστοχιών σε αυτές τις κατασκευές, είναι η ανομοιομορφία στην αρχιτεκτονική διαμόρφωση, είτε σε κάτοψη, είτε καθ’ ύψος.

Οι βασικοί μηχανισμοί αστοχιών της φέρουσας τοιχοποιίας είναι δύο. Η εντός και η εκτός επιπέδου.

Η εντός επιπέδου είναι δυσκολότερο να εμφανιστεί και έχει να κάνει κυρίως με τοπική θλίψη λόγω στο ένα άκρο λόγω εμφάνισης εφελκυσμού στο άλλο, εξαιτίας οριζόντιων δυνάμεων. Συνηθέστερη είναι η εμφάνιση μεγάλου εφελκυσμού και άρα εκκεντρότητας, κυρίως λόγω χαμηλού αξονικού φορτίου και εμφανίζεται συνήθως στους ανώτερους ορόφους.

Η εκτός επιπέδου, είναι συνηθέστερη και μάλιστα όταν δεν υπάρχουν εγκάρσιοι τοίχοι να δεσμεύσουν την εκτός επιπέδου κινηματικότητα.

Όλες οι πιθανές μορφές αστοχίας, καθώς και τρόποι πρόληψής τους και άρσης των βλαβών,παρουσιάζονται στο βιβλίο, αναλύονται με εικόνες και τεκμηριώνονται με σχήματα.

Για παράδειγμα η αντικατάσταση δαπέδων, η δημιουργία διαφράγματος με νέα στέγη και η ενίσχυση των υφιστάμενης τοιχοποιίας αναλύεται διεξοδικά.

Εικόνα 6Μη κανονικότητα σε κάτοψη μορφή Γ

Εικόνα 7 Εκτός επιπέδου αστοχία σε τοιχοποιία

Εικόνα 8 Εντός επιπέδου αστοχία σε τοιχοποιία

Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο, αναλύεται διεξοδικά η αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής με φωτογραφική τεκμηρίωση και επεξήγηση αλλά και άλλες μορφές αστοχιών όπου ο ρόλος του εδάφους είναι κρίσιμος δίνοντας ιδιαίτερη βαρύτητα στο αντικείμενο, σε αντίθεση με άλλα βιβλία, τα οποία επικεντρώνονται στην ανωδομή. Παρουσιάζεται το εντυπωσιακό φαινόμενο της ρευστοποίησης του εδάφους (εικόνα10), οι κατασκευές κοντά σε ρήγματα, η εδαφική και τοπογραφική ενίσχυση της σεισμικής δόνησης, η ευστάθεια πρανών και τοίχων αντιστήριξης και οι αστοχίες θεμελίων.

Εικόνα 9Αλληλεπίδραση εδάφους κατασκευής Κόμπε 1995 HansinExpresway

Εικόνα 10 Ρευστοποίηση εδάφους Βενεζουέλα 1967

webinar από τον ευρωπαϊκό σύλλογο πολιτικών μηχανικων

Την 1^η Ιουλίου θα πραγματοποιηθεί ένα webinar από τον ευρωπαϊκό σύλλογο πολιτικών μηχανικων σχετικά με τις χαρακτηριστικές αστοχίες από σεισμό, το οποίο αναμένεται να έχει εξαιρετικό ενδιαφέρον και θα περιλαμβάνει casestudies αστοχιών όπως τα παραπάνω. Για να εγγραφείτε ακολουθήστε τον σύνδεσμο https://buff.ly/3h86Yjl . Ο αριθμός των θέσεων είναι περιορισμένος.

Η κατανόηση της κοινότητας των μηχανικών της συμπεριφοράς των κατασκευών στον σεισμό, έχει αυξηθεί κατακόρυφα ιδιαίτερα μετά τον καταστρεπτικό σεισμό του Kobe στην Ιαπωνία το 1995. Η μελέτη των αποτελεσμάτων αυτού του σεισμού, ο οποίος κατέστρεψε κατασκευές σχεδιασμένες να αντέχουν  σε ισχυρούς σεισμούς, αποτέλεσε ορόσημο στον αντισεισμικό σχεδιασμό και αποτέλεσε το έναυσμα για την αναθεώρηση όλων των αντισεισμικών κανονισμών παγκοσμίως.

ΥΓ. Όλες οι φωτογραφίες του κειμένου παραχωρήθηκαν από τους συγγραφείς του βιβλίου και βρίσκονται μαζί με πάρα πολλές άλλες ανάμεσα στις 200 σελίδες του.

Βαγγέλης Ματράγκος

Πολ. Μηχανικός ΕΜΠ, MSc