1 Πίνακας περιεχομένων Πρόλογος .............................................................................................................................................. 13 Πίνακας κυριότερων συμβόλων ............................................................................................ 21 Εισαγωγή .............................................................................................................................................. 31 Κεφάλαιο 1: Επιφανειακές θεμελιώσεις 41 1.1 Εισαγωγή .................................................................................................................................. 41 1.2 Διατάξεις Ευρωκώδικα ΕΝ 1997-1................................................................................ 43 1.3 Μεμονωμένα πέδιλα............................................................................................................. 47 1.3.1 Γεωτεχνικός σχεδιασμός....................................................................................... 47 1.3.1.1 Φέρουσα ικανότητα – Οριακή αντίσταση.................................... 47 1.3.1.2 Έλεγχος σε ολίσθηση............................................................................. 52 1.3.1.3 Έλεγχος εκκεντρότητας ....................................................................... 54 1.3.1.4 Καθεστώς λειτουργικότητας ............................................................. 55 1.3.2 Δομητικός σχεδιασμός ........................................................................................... 64 1.3.2.1 Έλεγχος σε κάμψη .................................................................................. 64 1.3.2.2 Έλεγχος σε διάτμηση............................................................................. 72 1.3.2.3 Έλεγχος σε διάτρηση............................................................................. 75 1.3.3 Παραδείγματα ........................................................................................................... 78 1.3.3.1 Παράδειγμα πρώτο ................................................................................ 78 1.3.3.2 Παράδειγμα δεύτερο ............................................................................. 83 1.3.3.3 Παράδειγμα τρίτο ................................................................................... 97 1.4 Πεδιλοδοκοί .......................................................................................................................... 100 1.4.1 Απλές υπολογιστικές προσεγγίσεις .............................................................. 100 1.4.2 Ανάλυση με χρήση αριθμητικών μεθόδων................................................. 103 1.4.3 Παραδείγματα ........................................................................................................ 106 1.4.3.1 Παράδειγμα πρώτο ............................................................................. 106 1.4.3.2 Παράδειγμα δεύτερο .......................................................................... 117
8 ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΙΣ - ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΕΙΣ 1.5 Γενικές κοιτοστρώσεις..................................................................................................... 131 1.5.1 Γενικά ......................................................................................................................... 131 1.5.2 Ανάλυση με χρήση αριθμητικών μεθόδων................................................. 132 1.5.3 Ενιαία πλάκα θεμελίωσης με πασσάλους................................................... 134 1.5.4 Παραδείγματα ........................................................................................................ 138 1.5.4.1 Παράδειγμα πρώτο ............................................................................. 138 1.5.4.2 Παράδειγμα δεύτερο .......................................................................... 152 1.5.4.3 Παράδειγμα τρίτο ................................................................................ 177 Κεφάλαιο 2: Απόκριση μεμονωμένου πασσάλου υπό κατακόρυφη φόρτιση 193 2.1 Εισαγωγή ............................................................................................................................... 193 2.2 Οριακό και επιτρεπόμενο φορτίο ............................................................................... 196 2.2.1 Γενικά ......................................................................................................................... 196 2.2.2 Γεωτεχνικές μέθοδοι............................................................................................ 199 2.2.3 Σχετικοί κανονισμοί ............................................................................................. 212 2.2.3.1 Γερμανικός κανονισμός DIN 1054 ................................................ 212 2.2.3.2 Γαλλικός κανονισμός Fascicule 62-V........................................... 221 2.3 Υπολογισμός καθιζήσεων............................................................................................... 226 2.4 Προσδιορισμός απόκρισης με χρήση αριθμητικών μεθόδων ......................... 230 2.4.1 Προσέγγιση με χρήση καμπυλών "t-z"......................................................... 230 2.4.2 Προσέγγιση με χρήση τριδιάστατης αριθμητικής ανάλυσης............. 238 2.5 Δοκιμή στατικής αξονικής φόρτισης ......................................................................... 245 2.6 Εφαρμογή του Ευρωκώδικα 7 – Παραδείγματα .................................................. 262 2.7 Αντίσταση αιχμής – Πρόσφατες προσεγγίσεις ..................................................... 282 2.7.1 Γενικά ......................................................................................................................... 282 2.7.2 Αντίσταση αιχμής σε αργιλικά εδάφη.......................................................... 283 2.7.3 Αντίσταση αιχμής σε αμμώδη εδάφη ........................................................... 294 Κεφάλαιο 3: Απόκριση ομάδας πασσάλων υπό κατακόρυφη φόρτιση 311 3.1 Χαρακτηριστικά απόκρισης ομάδας πασσάλων .................................................. 311 3.2 Πρόβλεψη απόκρισης ομάδας πασσάλων............................................................... 313 3.2.1 Ομάδα πασσάλων σε αργιλικά εδάφη ......................................................... 315 3.2.2 Ομάδα πασσάλων σε αμμώδη εδάφη........................................................... 345 3.2.3 Ομάδα πασσάλων σε πολυστρωματικά εδάφη ....................................... 362 3.2.4 Ομάδα πασσάλων σε βραχώδεις σχηματισμούς ..................................... 363 3.3 Συνεισφορά της πλάκας-κεφαλόδεσμου ................................................................. 378 3.4 Εφαρμογή κατά τη διαδικασία σχεδιασμού........................................................... 394
Περιεχόμενα 9 Κεφάλαιο 4: Αποτίμηση των επιπτώσεων της δράσης αρνητικών τριβών 419 4.1 Μηχανισμός ανάπτυξης αρνητικών τριβών ........................................................... 419 4.2 Ανάλυση μηχανισμού με τριδιάστατη μη γραμμική ανάλυση ........................ 424 4.3 Επιπτώσεις αρνητικών τριβών σε ομάδες πασσάλων....................................... 428 4.4 Μέτρα αντιμετώπισης – Συμπεράσματα ................................................................. 433 Κεφάλαιο 5: Απόκριση μεμονωμένου πασσάλου υπό οριζόντια φόρτιση 435 5.1 Εισαγωγή ............................................................................................................................... 435 5.2. Οριακό φορτίο – Μέθοδος Broms ............................................................................... 437 5.2.1 Πάσσαλος ελεύθερης κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος........................... 437 5.2.2 Πάσσαλος πακτωμένης κεφαλής σε συνεκτικό έδαφος ...................... 440 5.2.3 Πάσσαλος ελεύθερης κεφαλής σε μη συνεκτικό έδαφος .................... 442 5.2.4 Πάσσαλος πακτωμένης κεφαλής σε μη συνεκτικό έδαφος................ 445 5.2.5 Αποτίμηση της μεθόδου Broms ...................................................................... 447 5.3 Προσομοίωση εδάφους με χρήση καμπυλών "p-y" ............................................. 447 5.3.1 Γενικά ......................................................................................................................... 447 5.3.2 Προσδιορισμός καμπυλών "p-y" σε αργιλικά εδάφη............................. 452 5.3.3 Προσδιορισμός καμπυλών "p-y" σε αμμώδη εδάφη .............................. 460 5.3.4 Προσδιορισμός καμπυλών "p-y" σε βραχώδεις σχηματισμούς......... 462 5.3.5 Προσδιορισμός καμπυλών "p-y" υπερβολικής μορφής ........................ 465 5.3.6 Παράδειγμα προσδιορισμού απόκρισης πασσάλου με χρήση καμπυλών "p-y" .................................................................................. 468 5.4 Τριδιάστατη αριθμητική ανάλυση.............................................................................. 470 5.5 Δοκιμή στατικής οριζόντιας φόρτισης ..................................................................... 474 5.6 Αποτίμηση των επιπτώσεων της ρωγμάτωσης.................................................... 496 Κεφάλαιο 6: Απόκριση ομάδας πασσάλων υπό οριζόντια φόρτιση 509 6.1 Χαρακτηριστικά απόκρισης ομάδας πασσάλων .................................................. 509 6.2 Ομάδα πασσάλων σε αργιλικά εδάφη....................................................................... 517 6.2.1 Πλαίσιο προσομοίωσης – Αριθμητική ανάλυση ...................................... 517 6.2.2 Απόκριση ομάδας πασσάλων .......................................................................... 523 6.2.3 Φέρουσα ικανότητα ομάδας πασσάλων..................................................... 528 6.2.4 Δυσκαμψία ομάδας πασσάλων ....................................................................... 528 6.2.5 Κατανομή φορτίου στους χαρακτηριστικούς πασσάλους ................. 531 6.2.6 Ανάπτυξη καμπτικών ροπών στους χαρακτηριστικούς πασσάλους ............................................................................................................... 535
10 ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΙΣ - ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΕΙΣ 6.3 Ομάδα πασσάλων σε αμμώδη εδάφη ........................................................................ 539 6.3.1 Πλαίσιο προσομοίωσης – Αριθμητική ανάλυση ...................................... 539 6.3.2 Απόκριση ομάδας πασσάλων .......................................................................... 539 6.3.3 Φέρουσα ικανότητα ομάδας πασσάλων..................................................... 544 6.3.4 Δυσκαμψία ομάδας πασσάλων ....................................................................... 544 6.3.5 Κατανομή φορτίου στους χαρακτηριστικούς πασσάλους ................. 548 6.3.6 Ανάπτυξη καμπτικών ροπών στους χαρακτηριστικούς πασσάλους ............................................................................................................... 550 6.4 Πρόβλεψη απόκρισης ομάδας πασσάλων............................................................... 554 6.4.1 Γενικά ......................................................................................................................... 554 6.4.2 Πρόβλεψη απόκρισης ομάδας σε αργιλικά εδάφη ................................. 555 6.4.3 Πρόβλεψη απόκρισης ομάδας σε αμμώδη εδάφη................................... 567 6.5 Επέκταση της μεθόδου "p-y" σε ομάδες πασσάλων............................................ 576 6.6 Συνοπτική αποτίμηση των μεθόδων ......................................................................... 578 6.7 Εφαρμογή κατά τη διαδικασία σχεδιασμού........................................................... 579 Κεφάλαιο 7: Σχεδιασμός-απόκριση συνδυασμένων θεμελιώσεων 587 7.1 Εισαγωγή ............................................................................................................................... 587 7.2 Απόκριση πασσάλων ομάδας υπό κατακόρυφη φόρτιση................................ 590 7.3 Απόκριση πασσάλων ομάδας υπό οριζόντια φόρτιση....................................... 594 7.4 Απόκριση πασσάλου υπό το συνδυασμό κατακόρυφης και οριζόντιας δράσης...................................................................................................... 596 7.4.1 Αναπτυσσόμενοι μηχανισμοί ........................................................................... 596 7.4.1.1 Επιπτώσεις από τη συμπεριφορά του εδάφους..................... 596 7.4.1.2 Επιπτώσεις από τη συμπεριφορά της διεπιφάνειας............ 597 7.4.2 Πλαίσιο παραμετρικής ανάλυσης .................................................................. 600 7.4.3 Αποτίμηση των αποτελεσμάτων σε αργιλικά εδάφη............................ 605 7.4.3.1 Πάσσαλος πακτωμένης κεφαλής .................................................. 605 7.4.3.2 Πάσσαλος ελεύθερης κεφαλής....................................................... 609 7.4.3.3 Φαινόμενα δεύτερης τάξης .............................................................. 610 7.4.3.4 Συμπεριφορά χαλάρωσης του εδάφους .................................... 613 7.4.4 Αποτίμηση των αποτελεσμάτων σε αμμώδη εδάφη ............................. 613 7.4.4.1 Πάσσαλος πακτωμένης κεφαλής .................................................. 613 7.4.4.2 Πάσσαλος ελεύθερης κεφαλής....................................................... 617 7.4.4.3 Φαινόμενα δεύτερης τάξης .............................................................. 617 7.4.4.4 Συμπεριφορά χαλάρωσης του εδάφους .................................... 618 7.4.5 Συμπεράσματα ....................................................................................................... 619 7.5 Μεθοδολογία εφαρμογής-αξιοπιστία........................................................................ 623 7.5.1 Μεθοδολογία ανάλυσης συνδυασμένων θεμελιώσεων........................ 623 7.5.2 Εφαρμογή στον ουρανοξύστη Torhaus der Messe................................. 624 7.5.3 Εφαρμογή σε θεμελίωση βάθρου γέφυρας ............................................... 633
Περιεχόμενα 11 Κεφάλαιο 8: Θεμελιώσεις με φρέατα 643 8.1 Γενικά ...................................................................................................................................... 643 8.2 Προσωρινά έργα αντιστήριξης φρεάτων ................................................................ 644 8.3 Προσομοίωση-μηχανισμός απόκρισης φρεάτων................................................. 648 8.3.1 Γενικά ......................................................................................................................... 648 8.3.2 Κατακόρυφα φορτία – Ελατήρια προσομοίωσης................................... 651 8.3.3 Ελατήρια προσομοίωσης σε οριζόντια φόρτιση και στροφή............ 652 8.4 Μεθοδολογία αριθμητικής προσομοίωσης ............................................................. 653 8.5 Παράδειγμα απόκρισης φρέατος σε βραχώδες έδαφος.................................... 657 8.5.1 Γεωμετρικά-γεωτεχνικά στοιχεία.................................................................. 657 8.5.2 Εφαρμογή εμπειρικών σχέσεων..................................................................... 657 8.5.3 Διδιάστατη αριθμητική ανάλυση ................................................................... 662 8.5.4 Τριδιάστατη αριθμητική ανάλυση ................................................................ 665 8.6 Σύγκριση αποτελεσμάτων ............................................................................................. 674 Κεφάλαιο 9: Ωθήσεις γαιών 677 9.1 Εισαγωγή ............................................................................................................................... 677 9.2 Ωθήσεις ηρεμίας.................................................................................................................. 679 9.3 Ενεργητικές ωθήσεις ........................................................................................................ 681 9.4 Παθητικές ωθήσεις............................................................................................................ 685 9.5 Επιφορτίσεις – Σεισμική δράση ................................................................................... 689 9.6 Σχόλια – Εφαρμογή ........................................................................................................... 693 Κεφάλαιο 10: Τοίχοι αντιστήριξης από οπλισμένο σκυρόδεμα 697 10.1 Γενικά ...................................................................................................................................... 697 10.2 Μέθοδος οριακής κατάστασης ισορροπίας ............................................................ 701 10.3 Διατάξεις-εφαρμογή Ευρωκώδικα EN 1997-1...................................................... 707 10.4 Χρήση αριθμητικών μεθόδων ....................................................................................... 711 10.4.1 Επίλυση με προσομοίωση των ωθήσεων και των αντιδράσεων του εδάφους............................................................ 711 10.4.2 Επίλυση με θεώρηση πλήρους αλληλεπίδρασης .................................. 725 Κεφάλαιο 11: Διαφραγματικοί τοίχοι αντιστήριξης 731 11.1 Γενικά ...................................................................................................................................... 731 11.2 Επίλυση με θεώρηση οριακής κατάστασης ισορροπίας ................................... 736 11.2.1 Διαφραγματικός τοίχος χωρίς αγκύρωση σε συνεκτικό έδαφος.. 736 11.2.2 Διαφραγματικός τοίχος με αγκύρωση σε συνεκτικό έδαφος........ 741 11.2.3 Διαφραγματικός τοίχος χωρίς αγκύρωση σε αμμώδες έδαφος..... 748 11.2.4 ∆ιαφραγµατικός τοίχος με αγκύρωση σε αμμώδες έδαφος .............. 753 11.3 Διατάξεις Ευρωκώδικα EN 1997-1............................................................................. 765 11.4 Χρήση αριθμητικών μεθόδων ....................................................................................... 770
12 ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΙΣ - ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΕΙΣ 11.4.1 Επίλυση με προσομοίωση των ωθήσεων και των αντιδράσεων του εδάφους............................................................ 770 11.4.2 Επίλυση με θεώρηση πλήρους αλληλεπίδρασης .................................. 774 11.4.2.1 Επίλυση αντιστήριξης διαφραγματικού τοίχου................ 775 11.4.2.2 Επίλυση αντιστήριξης με διάφραγμα από πασσαλοσανίδες.............................................................................. 782 11.4.2.3 Επίλυση αντιστήριξης με διαφραγματικό τοίχο τύπου berlinoise.............................................................................. 790 11.4.2.4 Επίλυση διαφραγματικού τοίχου σε συνδυασμό με ενίσχυση εδάφους με jet-grouting..................................... 807 11.4.2.5 Επίλυση με χρήση τριδιάστατης ανάλυσης......................... 829 Κεφάλαιο 12: Έργα αντιστήριξης από οπλισμένη γη 835 12.1 Εισαγωγή ............................................................................................................................... 835 12.2 Οπλισμένα επιχώματα ..................................................................................................... 838 12.2.1 Μέθοδοι σχεδιασμού – Υπολογιστικοί έλεγχοι ..................................... 838 12.2.2 Επιλύσεις – Σχεδιασμός ................................................................................... 843 12.2.2.1 Γεωμετρικά χαρακτηριστικά προβλήματος........................ 843 12.2.2.2 Επίλυση με τη μέθοδο οριακής ισορροπίας......................... 843 12.2.2.3 Επίλυση με διδιάστατη μη γραμμική ανάλυση .................. 849 12.2.3 Σύγκριση αποτελεσμάτων οριακής ισορροπίας και αριθμητικής ανάλυσης ............................................................................. 854 12.3 Οπλισμένη γη........................................................................................................................ 857 12.3.1 Μέθοδος – Υλικά κατασκευής....................................................................... 857 12.3.2 Μέθοδοι σχεδιασμού – Υπολογιστικοί έλεγχοι ..................................... 862 12.3.2.1 Συνδυασμοί φορτίσεων ............................................................... 863 12.3.2.2 Συντελεστές ασφαλείας ............................................................... 864 12.3.2.3 Έλεγχοι επάρκειας ......................................................................... 865 12.3.3 Επίλυση με χρήση αριθμητικών μεθόδων ............................................... 871 12.3.4 Επιλύσεις – Σχεδιασμός ................................................................................... 873 12.3.4.1 Χαρακτηριστικά προβλήματος ................................................. 873 12.3.4.2 Επίλυση με τη μέθοδος οριακής ισορροπίας ...................... 876 12.3.4.3 Επίλυση με χρήση αριθμητικών μεθόδων............................ 885 12.3.5 Παρουσίαση κατασκευής – Λεπτομέρειες ............................................... 896 Παράρτημα: Κώδικες παραδειγμάτων αριθμητικής ανάλυσης 903 Βιβλιογραφία ............................................................................................................ 957
1Πρόλογος αρχικής έκδοσης «Βαθιές θεμελιώσεις – Αντιστηρίξεις» Η συγγραφή του βιβλίου εντάσσεται, μαζί με την πρόσφατη έκδοση του βιβλίου της Υπολογιστικής Γεωτεχνικής Μηχανικής, στην προσπάθεια ανανέωσης των διαθέσιμων βιβλίων με αντικείμενο τη Γεωτεχνική Μηχανική και την Αλληλεπίδραση Εδάφους-Κατασκευών. Στόχο του αποτελεί η παρουσίαση μεθόδων επίλυσης και σχεδιασμού τεχνικών έργων και η παράθεση των κανονιστικών διατάξεων του Ευρωκώδικα που σταδιακά πλέον τίθεται σε υποχρεωτική εφαρμογή. Κατά την ανάγνωση του βιβλίου ο αναγνώστης μπορεί να παρατηρήσει ότι, τόσο για τις βαθιές θεμελιώσεις όσο και για τις αντιστηρίξεις, παρατίθενται αρχικά οι συμβατικές μέθοδοι προσέγγισης των προβλημάτων, οι οποίες βασίζονται στη θεώρηση οριακής ισορροπίας. Αποτελεί εντούτοις κοινή διαπίστωση ότι ακόμη και η εκδήλωση θραύσης χαρακτηρίζεται αρχικά από τοπική αστοχία με σταδιακή στη συνέχεια διεύρυνση, μέχρι την πλήρη γενίκευσή της. Υπό την έννοια αυτή, η κατάσταση οριακής ισορροπίας δεν αναπτύσσεται συγχρόνως σε κάθε σημείο. Ο καθοριστικός αυτός λόγος επέβαλε τη χρήση αριθμητικής ανάλυσης για την προσέγγιση του συνόλου των αναπτυσσόμενων θεμάτων. Από τη σύγκριση των δύο αυτών προσεγγίσεων μπορεί ο αναγνώστης να αποτιμήσει τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα που τις χαρακτηρίζουν. Ο αναγνώστης μπορεί εύκολα να διαπιστώσει επίσης ότι το μεγαλύτερο μέρος των συμπερασμάτων που προκύπτουν και αναφέρονται κατά τη χρήση των αριθμητικών μεθόδων έχουν ήδη δημοσιευθεί σε διεθνή περιοδικά, καθώς και σε ελληνικά ή διεθνή συνέδρια. Το έργο αποτελεί καρπό συνεργασίας στο πλαίσιο της ερευνητικής δραστηριότητας του Εργαστηρίου Υπολογιστικής Γεωτεχνικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας. Είναι βαθιά η υποχρέωση και θα ήθελα να ευχαριστήσω τους συνεργάτες μου, φοιτητές, υποψήφιους διδάκτορες, και διδάκτορες, για τη συμβολή τους. Ιδιαιτέρως θα ήθελα να ευχαριστήσω την υποψήφια διδάκτορα Μέλλω Παπαδοπούλου για τη συνεχή βοήθειά της κατά την τελική διόρθωση και επιμέλεια των κειμένων. Η συγγραφή δεύτερου βιβλίου χωρίς ουσιαστική παύση απαίτησε ουσιαστική θυσία χρόνου, σε βάρος πάντα της οικογένειάς μου. Ευχαριστώ τέλος τη γυναίκα μου Πόλυ για την αμέριστη βοήθεια και την υπομονή της, καθώς και τα παιδιά μου Μιχάλη και Θανάση για το χρόνο που μου δάνεισαν, αισθάνομαι δε την υποχρέωση να τους διαβεβαιώσω ότι δεν θα τους υποβάλω σε παρόμοια δοκιμασία, τουλάχιστον για το άμεσο, με θεολογικούς όρους, μέλλον.
1Πρόλογος πρώτης έκδοσης «Θεμελιώσεις – Αντιστηρίξεις» Καθοριστικό παράγοντα για αυτή την αναθεωρημένη πρώτη έκδοση του βιβλίου αποτέλεσε η προτροπή φοιτητών και συναδέλφων για την κάλυψη του πεδίου των επιφανειακών θεμελιώσεων. Το πεδίο αυτό καλύπτεται από γενικά συγγράμματα της Γεωτεχνικής Μηχανικής ως προς τη φέρουσα ικανότητα. Πέραν της κλασικής αυτής προσέγγισης, το πρώτο κεφάλαιο, το οποίο αφιερώνεται στις επιφανειακές θεμελιώσεις, περιλαμβάνει το δομητικό σχεδιασμό των θεμελιώσεων, παραθέτοντας χαρακτηριστικά παραδείγματα στο πλαίσιο πάντα των διατάξεων του, σε ισχύ πλέον, Ευρωκώδικα 7. Δίνονται επίσης απλές υπολογιστικές προσεγγίσεις πεδιλοδοκών και κοιτοστρώσεων, καθώς και ανάλυση με χρήση αριθμητικών μεθόδων. Χαρακτηριστικά παραδείγματα επιτρέπουν την αποτίμηση των πλεονεκτημάτων των δύο προσεγγίσεων. Η ολοκλήρωση της διδακτορικής διατριβής της κας Μ. Παπαδοπούλου επέτρεψε την πλήρη αναμόρφωση του έκτου κεφαλαίου και την παράθεση ακριβέστερης μεθοδολογίας προσδιορισμού της απόκρισης ομάδων πασσάλων υπό οριζόντια φόρτιση. Χρήσιμα αποτελέσματα και συμπεράσματα που προκύπτουν από την αξιολόγησή τους συνοδεύουν την προτεινόμενη μεθοδολογία. Φιλομαθείς φοιτητές επέβαλαν τον εμπλουτισμό του δέκατου κεφαλαίου με πρόσθετα παραδείγματα, ενώ και το ενδέκατο κεφάλαιο συμπληρώθηκε με συμβατικές και αριθμητικές μεθόδους σχεδιασμού οπλισμένης γης. Η ευκαιρία της δεύτερης αυτής έκδοσης επέτρεψε επίσης σειρά διορθώσεων, οι οποίες αναρτήθηκαν στον ιστότοπο ecomo.users.uth.gr. Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου στους φοιτητές μου, σε συναδέλφους, και σε φίλους αγαπητούς για τη βοήθειά τους στην κοπιαστική αυτή προσπάθεια, καθώς και στις εκδόσεις Κλειδάριθμος για τη συνεχή εμπιστοσύνη που επιδεικνύουν στο πρόσωπό μου. Θερμά ευχαριστώ τη φοιτήτριά μου και Δρα πλέον Μέλλω Παπαδοπούλου, της οποίας η συμβολή είναι ακόμη μεγαλύτερη στη δεύτερη αυτή έκδοση. Εκφράζω τέλος τη βαθιά μου ευγνωμοσύνη στη γυναίκα μου Πόλυ και τα παιδιά μου Μιχάλη και Θανάση, των οποίων η παρουσία μου δίνει πάντα δύναμη και κουράγιο.
1Πρόλογος δεύτερης έκδοσης Με τη δεύτερη αυτή έκδοση του βιβλίου εισάγεται ένα πρόσθετο κεφάλαιο αφιερωμένο στην ανάλυση και το σχεδιασμό συνδυασμένων θεμελιώσεων (Combined Pile Raft Foundations, CPRF), με πεδίο εφαρμογής τους ουρανοξύστες ή άλλα έργα με ιδιαίτερα αυξημένα φορτία βαρύτητας. Είναι διεθνώς αποδεκτό ότι οι συνδυασμένες θεμελιώσεις αποτελούν πιο ελκυστική, από οικονομική άποψη, λύση σε σχέση με τις συμβατικές επιφανειακές και τις βαθιές θεμελιώσεις, ενώ παράλληλα είναι σε θέση να εξασφαλίσουν κάθε απαιτούμενο κριτήριο ασφάλειας ή/και λειτουργικότητας. Η αποτελεσματικότητα της μεθόδου αυτής εξαρτάται καθοριστικά από την ενσωμάτωση, στη διαδικασία ανάλυσης, όλων των μηχανισμών αλληλεπίδρασης εδάφους-πασσάλων-ανωδομής. Δύο κύριοι μηχανισμοί ήταν απαραίτητοι για την επίτευξη του στόχου αυτού, πέραν των όσων αναλύονται στη δεύτερη έκδοση· η ποσοτικοποίηση της κατανομής των φορτίων στους επιμέρους πασσάλους ανάλογα με τη θέση τους –με την εισαγωγή συντελεστή βαρύτητας θέσης για την κατακόρυφη και την οριζόντια δράση– και η αποτίμηση των επιπτώσεων ταυτόχρονης κατακόρυφης και οριζόντιας φόρτισης. Η ανάλυση των μηχανισμών αυτών αποτέλεσε πεδίο έρευνας του Εργαστηρίου Υπολογιστικής Γεωτεχνικής Μηχανικής κατά την τελευταία πενταετία, τα δε αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν σε αναγνωρισμένα διεθνή περιοδικά και εμπλουτίζουν την παρούσα έκδοση. Σημαντικό μέρος του βιβλίου μεταφέρει τα αποτελέσματα διδακτορικών διατριβών και δημοσιεύσεων στο πλαίσιο λειτουργίας του Εργαστηρίου Υπολογιστικής Γεωτεχνικής Μηχανικής. Ευχαριστώ θερμά τη Σπυριδούλα Μπαρέκα, τη Μέλλω Παπαδοπούλου και την Τριάδα Ζορμπά, οι διατριβές των οποίων τροφοδότησαν μεγάλο μέρος των κεφαλαίων απόκρισης των βαθιών θεμελιώσεων. Η ευκαιρία της δεύτερης αυτής έκδοσης επέτρεψε επίσης σειρά διορθώσεων. Στον ιστότοπο ecomo.users.uth.gr μπορούν οι αναγνώστες να βρουν διάφορα χρήσιμα αρχεία, όπως για παράδειγμα αρχείο σε μορφή MS EXCEL, για τον υπολογισμό καμπυλών προσομοίωσης της αντίστασης εδάφους έναντι πασσάλου ή ομάδας πασσάλων υπό αξονική ή πλευρική φόρτιση. Η παρείσφρηση λαθών αποτελεί μόνιμη απειλή κάθε έκδοσης, η δε πλήρης εξάλειψή τους, παρά τη συστηματική προ-
18 ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΙΣ - ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΕΙΣ σπάθεια, δεν μπορεί να εξασφαλισθεί. Στην περίπτωση που η αδυναμία αυτή διαπιστωθεί μετά την έκδοση, ο αναγνώστης θα έχει τη σχετική ενημέρωση στη θέση «Παροράματα» του ανωτέρω ιστότοπου. Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου στους φοιτητές μου, σε συναδέλφους, και σε φίλους αγαπητούς για τη βοήθειά τους στην κοπιαστική αυτή προσπάθεια, καθώς και στις εκδόσεις Κλειδάριθμος για τη συνεχή εμπιστοσύνη που επιδεικνύουν στο πρόσωπο μου. Θερμά ευχαριστώ τη φίλη και συνάδελφο Σοφία Γιαλαμά για τη βαθιά αφοσίωσή της στην επιμέλεια του κειμένου και της έκδοσης γενικότερα. Τις θερμές μου ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω ιδιαίτερα στη Δρα Μέλλω Παπαδοπούλου, της οποίας η συμβολή και στην έκδοση αυτή ήταν ιδιαίτερα μεγάλη. Η επιμελής φροντίδα των σχημάτων, η υπόδειξη δυσνόητων διατυπώσεων και αριθμητικών λαθών, και κυρίως η, σε κάθε περίσταση, διακριτική υπενθύμισή της για τον εμπλουτισμό του βιβλίου, ώστε να είναι χρήσιμο διδακτικά σε προπτυχιακούς φοιτητές, ερευνητικά για μεταπτυχιακές σπουδές και επαγγελματικά για το σχεδιασμό σύνθετων έργων θεμελιώσεων και αντιστηρίξεων, οδήγησε τελικά στην παρούσα έκδοση. Εκφράζω τέλος τη βαθιά μου ευγνωμοσύνη στη γυναίκα μου Πόλυ και τα παιδιά μου Μιχάλη και Θανάση. Η παρουσία τους αποτελεί πηγή δημιουργικής δύναμης και δίνει κουράγιο σε κάθε προσπάθειά μου. Μάρτιος, 2019 Αιμίλιος Μ. Κωμοδρόμος
Πρόλογος τρίτης έκδοσης Η διεθνής εμπειρία από την ανάλυση και το σχεδιασμό συνδυασμένων θεμελιώσεων (Combined Pile Raft Foundations, CPRF) οδήγησε στην ανάγκη βελτίωσης αρκετών πεδίων προσομοίωσης, ενώ «καθ’ οδόν» ανακύπτουν και νέες απαιτήσεις. Ένα από αυτά είναι η απόκριση της αιχμής των πασσάλων. Σε αντίστιξη με την παράπλευρη αντίσταση, της οποίας η πλήρης ανάπτυξη εκδηλώνεται σε μικρές σχετικά καθιζήσεις, η ανάπτυξη της αντίστασης αιχμής απαιτεί καθιζήσεις κατά πολύ μεγαλύτερες από τις εκδηλούμενες στο πλαίσιο συμβατικών θεμελιώσεων. Κατά συνέπεια, η συμβολή της αντίστασης αιχμής στη συνολική αντίσταση των πασσάλων στο πλαίσιο αυτό είναι ιδιαίτερα μικρή. Στο γεγονός αυτό θα πρέπει να αποδοθεί το περιορισμένο ενδιαφέρον για την αντίσταση αιχμής κατά το σχεδιασμό των συμβατικών θεμελιώσεων, παρά τις μεγάλες διαφορές στη φέρουσα ικανότητα αιχμής πασσάλου κατά διάφορους κανονισμούς ή/και διαπιστώσεις από σχετικές ερευνητικές εργασίες. Στο πλαίσιο σχεδιασμού των συνδυασμένων θεμελιώσεων ωστόσο, όπου αναπτύσσονται καθιζήσεις που επιτρέπουν σχεδόν την πλήρη εκδήλωση της αντίστασης αιχμής, το πεδίο αυτό απαιτεί ακριβέστερη προσέγγιση. Η προσέγγιση αυτή θα πρέπει να διασφαλίζει τη μέγιστη δυνατή ακρίβεια τόσο κατά την κατάσταση οριακής αστοχίας (ULS), όπου εκδηλώνονται κατά κανόνα μεγάλες μετακινήσεις, όσο και κατά την οριακή κατάσταση λειτουργίας (SLS), η οποία συνοδεύεται από μικρές μετακινήσεις. Η πρόσφατη στενή συνεργασία με τον Mark Randolph, καθηγητή με την πλέον αξιοσημείωτη ερευνητική δραστηριότητα των τελευταίων δεκαετιών στο πεδίο των θεμελιώσεων και αντίστοιχο δημοσιευμένο έργο υψηλής στάθμης, υπήρξε καθοριστική και επέτρεψε την από κοινού διερεύνηση του ανωτέρω πεδίου. Τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής οδήγησαν σε αντίστοιχες δημοσιεύσεις στο έγκυρο περιοδικό Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering του Αμερικανικού Συλλόγου Πολιτικών Μηχανικών (ASCE), και αποτελούν ουσιαστικά το νέο υλικό εμπλουτισμού της παρούσας τρίτης έκδοσης. Στον ιστότοπο ecomo.users.uth.gr μπορούν οι αναγνώστες να βρουν διάφορα χρήσιμα αρχεία και υπολογιστικά φύλλα, ενώ τυχόν λάθη, γραμματικά ή υπολογιστικά, που σχεδόν πάντα συνοδεύουν ακόμη και τις πιο επιμελημένες προσπάθειες, αναφέρονται στη θέση «Παροράματα» του ανωτέρω ιστότοπου.
20 ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΙΣ - ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΕΙΣ Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου στους φοιτητές μου, σε συναδέλφους, και σε φίλους αγαπητούς για τη βοήθειά τους στην κοπιαστική αυτή προσπάθεια, καθώς και στις εκδόσεις Κλειδάριθμος για τη συνεχή εμπιστοσύνη που επιδεικνύουν στο πρόσωπό μου. Θερμά ευχαριστώ τη φίλη και συνάδελφο Σοφία Γιαλαμά για τη βαθιά αφοσίωσή της στην επιμέλεια του κειμένου και στη Δρα Μέλλω Παπαδοπούλου, της οποίας η συμβολή ήταν εξ αρχής ιδιαίτερα μεγάλη. Εκφράζω τέλος τη βαθιά μου ευγνωμοσύνη στη γυναίκα μου Πόλυ και τα παιδιά μου Μιχάλη και Θανάση. Κάθε προσπάθειά μου θα ήταν ημιτελής χωρίς την αφοσίωση και τη δημιουργική τους δύναμη. Μάρτιος, 2024 Αιμίλιος Μ. Κωμοδρόμος
Πίνακας κυριότερων συμβόλων Στη συνέχεια δίνονται οι κυριότεροι συµβολισµοί και η παράγραφος στην οποία χρησιµοποιούνται για πρώτη φορά. Είναι δυνατόν ίδιοι συµβολισµοί να χρησιµοποιηθούν τοπικά σε κάποιο παράδειγµα για το συµβολισµό διαφορετικής παραµέτρου. A διατομή πασσάλου 2.3 Α επιφάνεια στοιχείου διεπιφάνειας 3.2.1 Αb ή Αp εμβαδόν βάσης πασσάλου 2.2.2 Αsi εμβαδόν παράπλευρης επιφάνειας πασσάλου στη στρώση i 2.2.3.2 Αsi διατομή ράβδου οπλισμού i 5.6 Β πλάτος ομάδας πασσάλων 3.2.1 Β πλάτος πέλματος τοίχου αντιστήριξης 10.2 c συνοχή του εδάφους 2.2.2 cα συνάφεια στη διεπιφάνεια πασσάλου-εδάφους 2.2.2 cu συνοχή του εδάφους υπό αστράγγιστες συνθήκες 2.2.2 cpp τιμή συνοχής με τη θραύση του εδάφους 11.4.2.4 cu;cr τιμή συνοχής του εδάφους υπό αστράγγιστες συνθήκες που αντιστοιχει σε καθεστω ς κρι σιμης κατα στασης 7.4.2 cu;ini αρχική τιμή συνοχής του εδάφους υπό αστράγγιστες συνθήκες 7.4.2 cu;mob τρέχουσα (κινητοποιούμενη) τιμή συνοχής του εδάφους υπό αστράγγιστες συνθήκες 7.4.2 cuk χαρακτηριστική τιμή αστράγγιστης διατμητικής αντοχής 2.2.3.1 C περίμετρος πασσάλου 2.2.2 C συμπιεστότητα του εδάφους 3.2.1 Cd συντελεστής ευκαμψίας βραχομάζας ως προς το σκυρόδεμα 8.3.2 Cw συμπιεστότητα του νερού 3.2.1 Cs συμπιεστότητα του σκελετού των κόκκων 3.2.1 CDF συνάρτηση σωρευτικής κατανομής 11.2.4.2 D αξονική απόσταση πασσάλων ανηγμένη ως προς τη διάμετρό τους 3.2.1
22 ΘΕΜΕΛΙΩΣΕΙΣ - ΑΝΤΙΣΤΗΡΙΞΕΙΣ D διάμετρος πασσάλου 2.2.2 Df διάμετρος διευρυμένης βάσης πασσάλου 2.2.2 Dr σχετική πυκνότητα άμμου 2.2.3.1 e λόγος κενών εδάφους 2.7.3 emax μέγιστος λόγος κενών εδάφους 2.7.3 emin ελάχιστος λόγος κενών εδάφους 2.7.3 E εκκεντρότητα εφαρμογής της ολικής κατακόρυφης δύναμης 10.2 Ε μέτρο ελαστικότητας πασσάλου 2.3 Ec μέτρο ελαστικότητας σκυροδέματος 5.6 Eir ή Emb μέτρο ελαστικότητας της βραχομάζας 5.3.4 Εk χαρακτηριστική τιμή αντιδράσεων 2.6 Epy μέτρο αντίδρασης πασσάλου υπό οριζόντια φόρτιση 5.3.1 EpIp καμπτική δυσκαμψία του πασσάλου 5.3.1 Εr μέτρο ελαστικότητας πλάκας 3.3 Εs μέτρο ελαστικότητας εδάφους 2.3 Es μέτρο ελαστικότητας χάλυβα 5.6 F βάθος εμφάνισης της μέγιστης καμπτικής ροπής πασσάλου 5.2.1 fcr συντελεστής μείωσης εφελκυστικής αντοχής στοιχείου όπλισης λόγω ερπυσμού 12.2 fct εφελκυστική αντοχή του σκυροδέματος 5.6 fd συντελεστής μείωσης εφελκυστικής αντοχής στοιχείου όπλισης επιχώματος λόγω φθοράς κατά την τοποθέτηση 12.2 fe συντελεστής μείωσης εφελκυστικής αντοχής στοιχείου όπλισης επιχώματος από περιβαλλοντικές δράσεις 12.2 fm συντελεστής μείωσης εφελκυστικής αντοχής στοιχείου όπλισης επιχώματος έναντι αποκλίσεων παραγωγής 12.2 Ff συντελεστής ασφαλείας δυνάμεων σε γενική ευστάθεια 10.2 Fk χαρακτηριστική τιμή δράσεων 2.6 Fm συντελεστής ασφαλείας ροπών σε γενική ευστάθεια 10.2 Fn ορθή αντίσταση σε στοιχείο διεπιφάνειας 3.2.1 Fo συντελεστής ασφαλείας σε ανατροπή 10.2 Freq απαιτούμενη διατομή στοιχείου αντιστήριξης 12.3.3.2 Fs διατμητική αντίσταση σε στοιχείο διεπιφάνειας 3.2.1 Fs συντελεστής ασφαλείας σε ολίσθηση 11.2 Fsmax οριακή τιμή διατμητικής αντίστασης στη διεπιφάνεια εδάφους-πασσάλου 3.2.1 fsu μοναδιαία αντίσταση τριβής (ευρωκώδικας) 2.6
www.klidarithmos.grRkJQdWJsaXNoZXIy MTk1OTAxMA==