Γιατί δεν βιδώνουμε τα κτήρια με το έδαφος?

[seismic]

Εγώ θα ήθελα να αναφερθώ, σε μία βασική παράμετρο, η οποία υπάρχει σε όλους τους σύγχρονους αντισεισμικούς κανονισμούς, (και στους ελληνικούς) και ονομάζεται: συντελεστής "q" ή αλλιώς "συντελεστής συμπεριφοράς".
Συμφωνήσω ότι οι αντισεισμικοί κανονισμοί παρέχουν πλήρη αντισεισμική προστασία.Διότι αυτοί μας την παρέχουν επιστημονικά, οι μελετητές όμως καλούμαστε να συντάξουμε μελέτες με τα "εργαλεία" που μας δίνουν κι ένα από τα πιο σημαντικά αυτών είναι ο συντελεστής "q".

Ο συντελεστής συμπεριφοράς είναι μία παράμετρος που επιλέγει ο μελετητής και αφορά τα σεισμικά φορτία που θα καταπονήσουν το κτίριο όταν έρθει ο σεισμός σχεδιασμού (κούφια η ώρα, αλλά πρέπει να προφυλαχθούμε αν έρθει), όπου για συνήθη κτίρια μπορεί να είναι από 1 εώς 3,5. Ο συντελεστής αυτός βρίσκεται στον παρανομαστή του κλάσματος που ορίζει το μέγεθος των σεισμικών φορτίων, άρα όσο πιο κοντά στο 3,5 είναι, τόσο μικρότερη είναι η φόρτιση που θεωρούμε ότι θα δεχτεί η κατασκευή κατά το σεισμό σχεδιασμού,άρα η κατασκευή θα διαστασιολογηθεί για μικρότερα σεισμικά φορτία. Αυτή η ευελιξία που παρέχουν οι κανονισμοί, οφείλεται στην θεμελιώδη παραδοχή ότι λόγω της πλαστιμότητας των κατασκευών, η οποία εξασφαλίζεται από τον ικανοτικό σχεδιασμό (αν εφαρμοστεί σωστά, που στην πράξη λίγοι επιβλέποντες ελέγχουν την ορθή εφαρμογή του), ένα μέρος της σεισμικής ενέργειας μετατρέπεται σε μόνιμη παραμόρφωση, άρα μειώνεται το φορτίο σχεδιασμού.
Όταν λοιπόν ο μελετητής επιλέγει q=3,5 αποφασίζει ότι η κατασκευή κατά το σεισμό σχεδιασμού θα αποκτήσει μόνιμες πλάστιμες παραμορφώσεις όμως δε θα καταρρεύσει. Να διευκρινίσω ότι πλάστιμη συμπεριφορά έχει ένα κουτάλι όταν πάμε να το λυγίσουμε, ενώ ψαθυρή συμπεριφορά έχει ένα μπισκότο, το οποίο δε λυγίζει καθόλου, αλλά αμέσως σπάει. Η πλαστιμότητα του κτιρίου όμως εξαρτάται από πολλές παραμέτρους, οι οποίες δεν είναι και τόσο εύκολο να διασφαλιστούν 100%.Έστω και ένα κομμάτι της κατασκευής να συμπεριφερθεί ψαθυρά, γίνεται ο αδύναμος κρίκος της αλυσίδας που ονομάζουμε πλαστιμότητα.
Αν ο μελετητής επιλέξει q=1-1,75 τότε αποφασίζει ότι θα σχεδιάσει μια κατασκευή η οποία θα συμπεριφερθεί ελαστικά στο σεισμό σχεδιασμού, δε θα λάβει δηλαδή υπ'όψιν την πλαστιμότητα, δε σημαίνει όμως ότι το κτίριο δε θα είναι πλάστιμο. Απλά σε περίπτωση υπέρβασης της σεισμικής απόκρισης σχεδιασμού, τότε θα ενεργοποιηθεί ο μηχανισμός άμυνας που λέγεται πλαστιμότητα.
Φυσικά το κόστος της πλήρους αντισεισμικής προστασίας αυξάνει το κόστος κατασκευής.Σύμφωνα με έρευνα, για τα συνήθη κτίρια του ελληνικού χώρου η αύξηση κυμαίνεται από 3 εώς 10% επί του τελικού κόστους της κατασκευής.
Αν το κόστος αυτό αξίζει...δε θα το απαντήσει ο μηχανικός...αλλά ο εργοδότης!
Θα έπρεπε λοιπόν ο μηχανικός να ενημερώνει για τη δυνατότητα επιλογής της συμπεριφοράς της κατασκευής του, με τις ανάλογες συνέπειες,στα αρχιτεκτονικά (μεγαλύτερες κολώνες και δοκάρια), στο κόστος αλλά και στην ασφάλεια την κρίσιμη στιγμή.Στην Ελλάδα αυτό που γίνεται κατά συντριπτική πλειοψηφία, είναι ο μηχανικός να επιλέγει από μόνος του q=3,5 χωρίς να μπαίνει στη διαδικασία συζήτησης με τον ιδιοκτήτη.Ίσως γιατί..."έτσι γινόταν πάντα".

Ο κανονισμός λοιπόν μας δίνει τη δυνατότητα για πλήρη αντισεισμική προστασία, οι μελετητές με τους ιδιοκτήτες επιλέγουμε αν θα την αξιοποιήσουμε...

Δεν υποστηρίζω ότι οι κατασκευές που μελετήθηκαν με q=3,5 (το 90% στην Ελλάδα κατά δική μου εκτίμηση) είναι επικίνδυνο να καταρρεύσουν. Εφόσον είναι εντός του επιτρεπόμενου εύρους (1-3,5) τότε είναι ασφαλείς. Όμως σε περίπτωση που έρθει σεισμός μεγαλύτερος από το μέγιστο για τον οποίον σχεδιάστηκαν, τότε θα έχουν σπαταλήσει το "μαξιλαράκι ασφαλείας" που λέγεται πλαστιμότητα ή ανελαστική συμπεριφορα.
Συμπέρασμα
Όλα είναι συνάρτηση κόστους απόδοσης. Ο αντισεισμικός σχεδιασμός είναι μία μέθοδος που ακολουθούν παγκοσμίως
γύρω από τον συντελεστή συμπεριφοράς q. Είναι όμως μία μέθοδος όπου στο μέλλον μπορεί να αλλάξει και να βρεθεί μία άλλη μέθοδος σχεδιασμού.
Αυτήν την μέθοδο την βρήκα.
Αν με ακούσετε θα κατασκευάζετε δομικά έργα που το κόστος κατασκευής θα πέσει στο ήμισυ, και ο συντελεστής συμπεριφοράς θα διπλασιαστεί.
Πλήρη αντισεισμική προστασία υπάρχει.... απόλυτη και φθηνότερη μόνο η μέθοδος που αναφέρομαι την προσφέρει.
Σε αυτό το βίντεο https://www.youtube.com/watch?v=l-X4tF9C7SE που αντιπροσωπεύει το σύγχρονο αντισεισμικό σχεδιασμό κατά την διάρκεια του πειράματος παρατήρησα το εξής.
1) Οι κόμβοι μεταξύ των επιμήκους υποστυλωμάτων και των δοκών στο δώμα ήταν υπέρμετρα πολύ ισχυροί.
Αυτή η μεγάλη αντοχή των κόμβων ( κατά την ροπή ανατροπής του δοκιμίου που δημιούργησε η αδράνεια με το λίκνισμα του ) αρχικώς άντεξε χωρίς η ροπή να σπάσει την δοκό. Για τον λόγο αυτόν αρχικώς τα πίσω υποστυλώματα σήκωναν μέσο της δοκού τα μπροστινά και αυτό γινόταν εναλλάξ.
2) Την ώρα που ανασηκωνόταν μονόπλευρα το δοκίμιο του πειράματος τα κάθετα στατικά φορτία του ενός υποστυλώματος ήταν αστήρικτα λόγο του ότι έχαναν την επαφή τους με το έδαφος. Κατά την στιγμή αυτήν η δοκός δουλεύει σαν ένας μοχλός που έχει το υπομόχλιο στον απέναντι κόμβο, και τα κάθετα αστήρικτα στατικά φορτία του φέροντα είναι η δύναμη που δημιουργεί την ροπή σε αυτόν τον κόμβο.
Η ροπή αυτή άρχισε να καταπονεί τον κόμβο με αποτέλεσμα αρχικός να αρχίσει να αποκόπτεται η δοκός από το υποστύλωμα.
Αργότερα όταν μεγάλωσε η καταπόνηση έσπασε η δοκός πάνω στο υπομόχλιο που δεχόταν τις δύο αντίρροπες ροπές, δηλαδή εκεί όπου από την μία μεριά η δοκός ανέβαινε λόγο της ανύψωσης του δώματος του υποστυλώματος, και από την άλλη κατέβαινε λόγο των στατικών αστήρικτων φορτίων.
Σταματώντας την άνοδο του δώματος του υποστυλώματος με τον μηχανισμό της ευρεσιτεχνίας σταματάνε και οι ροπές στους κόμβους.
Για τον λόγο αυτόν στο άλλο πείραμα που έκανα https://www.youtube.com/watch?v=RoM5pEy7n9Q με το ίδιο δοκίμιο και με τον μηχανισμό της ευρεσιτεχνίας επάνω του δεν έπαθε τίποτα, αν και δοκιμάστηκε με μεγαλύτερη επιτάχυνση και μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
Με και χωρίς την ευρεσιτεχνία δίπλα δίπλα για πιο εύκολα συμπεράσματα. https://www.youtube.com/watch?v=zhkUlxC6IK4
ΥΓ.
Γιατί δεν μπορεί ο σύγχρονος αντισεισμικός κανονισμός με τον μεγαλύτερο συντελεστή q να κατασκευάσει τον απόλυτο αντισεισμικό σχεδιασμό και σταματά στον πλήρη?
Διότι κανένας κόμβος στον κόσμο δεν μπορεί να αντέξει τόσο ώστε το ένα υποστύλωμα να ανασηκώνει μέσο της δοκού κατά τον σεισμό το άλλο απέναντι υποστύλωμα.
Δηλαδή...Κανένας κόμβος δεν μπορεί να αντέξει τα αστήρικτα στατικά φορτία όλου του κτηρίου....( που δημιουργούνται κατά την ταλάντωση ) όσο οπλισμό και αν βάλουμε, και ότι διαστασιολόγιση και αν κάνουμε στα στοιχεία του φέροντα.