Το φαινόμενο της ρευστοποίησης σε κορεσμένες στρώσεις
χονδρόκοκκου εδάφους αποτελεί μείζον πρόβλημα όταν οι στρώσεις έχουν
ήπια κλίση, με αποτέλεσμα τη δημιουργία της πλευρικής εξάπλωσης, δηλαδή
την προς τα κατάντη μετατόπιση του εδάφους στη διάρκεια της σεισμικής
διέγερσης. Αν επ’ αυτού του εδάφους θεμελιώνονται κατασκευές, αυτές
αναπτύσσουν καθίζηση, οριζόντια μετακίνηση και στροφή προς τα κατάντη
στη διάρκεια της διέγερσης. Η πολύπλοκη απόκριση κατασκευών σε
καθεστώς πλευρικής εξάπλωσης έχει διερευνηθεί λίγο στη διεθνή
βιβλιογραφία, και κυρίως μέσω ιστορικών περιστατικών. Έτσι, στην παρούσα
εργασία διερευνάται η αλληλεπίδραση δύο γειτονικών κατασκευών (ίδιων ή
διαφορετικών) σε ήπια κεκλιμένη ρευστοποιήσιμη στρώση.
Η διερεύνηση έγινε αριθμητικά, με χρήση του λογισμικού
πεπερασμένων διαφορών FLAC για ήπια κεκλιμένη ρευστοποιήσιμη στρώση
(κλίσης 2ο), πάχους Η = 10 m υπό αρμονική διέγερση, με την εδαφική στρώση
να προσομοιώνεται με το καταστατικό προσομοίωμα NTUA-SAND. Οι δύο
γειτονικές κατασκευές (ανάντη και κατάντη) θεωρούνται θεμελιωμένες στην
επιφάνεια του εδάφους μέσω τραχειών και άκαμπτων θεμελίων, που φέρουν
ομοιόμορφο φορτίο. Έγιναν αναλύσεις για δίδυμα θεμέλια πλάτους B = 5m, 20
m και φορτία έδρασης q = 50, 100, 200 kPa σε ενδιάμεσες αποστάσεις D =
2.5, 5, 10 και 20 m. Στη συνέχεια έγιναν αναλύσεις για διαφορετικά θεμέλια,
τόσο ως προς το πλάτος όσο και ως προς το φορτίο τους, με επιλογές τιμών
για τα πλάτη, τα φορτία και τις ενδιάμεσες αποστάσεις από τα ανωτέρω εύρη.
Με την παρούσα εργασία προκύπτει ότι σε ζεύγος θεμελίων σε έδαφος
ήπιας κλίσης, η απόκριση του ανάντη και του κατάντη θεμελίου είναι
διαφορετικές, ακόμη και αν αυτά είναι δίδυμα. Οι αποκρίσεις αυτές είναι
ταυτόχρονα διαφορετικές και από την απόκριση που θα είχε το κάθε θεμέλιο
αν ήταν μεμονωμένο. Σε κάθε περίπτωση, αύξηση της απόστασης D μεταξύ
των θεμελίων μειώνει την αλληλεπίδρασή τους.
Ειδικότερα, για στενά δίδυμα θεμέλια η αλληλεπίδραση οδηγεί
συνήθως σε μείωση καθιζήσεων, οριζοντίων μετατοπίσεων και στροφών
συγκριτικά με ό,τι παρατηρείται αν ήταν μεμονωμένα. Στην πράξη, το κατάντη
θεμέλιο έχει μεγαλύτερη καθίζηση και οριζόντια μετατόπιση από το ανάντη,
ενώ το ανάποδο ισχύει, συνήθως, για την τελική τιμή της στροφής. Έτσι,
μεγαλύτερη καθίζηση και οριζόντια μετατόπιση από το μεμονωμένο θεμέλιο
μπορεί να εμφανίσει μόνο το κατάντη θεμέλιο, υπό κάποιες προϋποθέσεις
(π.χ., σε πολύ μικρή απόσταση D/B = 0.5, ή αν είναι πολύ βαρύ q = 200 kPa).
Τυπικά, για ευρέα δίδυμα θεμέλια, η αλληλεπίδραση οδηγεί μόνο σε μείωση
καθιζήσεων, αλλά ταυτόχρονα σε αύξηση των οριζοντίων μετατοπίσεων και
στροφών του κατάντη θεμελίου συγκριτικά με ό,τι παρατηρείται αν ήταν
μεμονωμένο. Συνεπώς, σε δίδυμα θεμέλια, το «κατάντη» θεμέλιο πάντα
προστατεύει το «ανάντη» θεμέλιο, αλλά κάποιες φορές με το κόστος αύξησης
της καθίζησης ή της οριζόντιας μετακίνησης του. Μια απόσταση D/Β = 4
μεταξύ δίδυμων θεμελίων τείνει να φέρει την απόκριση του κατάντη θεμελίου
κοντά σε εκείνη του μεμονωμένου, αλλά το ανάντη εξακολουθεί να εμφανίζει
μικρότερες τιμές των χαρακτηριστικών απόκρισης.
Αντίστοιχα, για διαφορετικά θεμέλια, η αλληλεπίδραση αποδεικνύεται
συνήθως ευμενής για το ανάντη θεμέλιο, το οποίο δείχνει να «προστατεύεται»
από το κατάντη θεμέλιο, κι αυτό ανεξαρτήτως των χαρακτηριστικών των δύο
θεμελίων. Η ευμενής αλληλεπίδραση αφορά όλα τα χαρακτηριστικά της
απόκρισης. Αντιθέτως, η αλληλεπίδραση αποδεικνύεται εν μέρει δυσμενής για
το κατάντη θεμέλιο. Συγκεκριμένα, υπάρχει αύξηση της οριζόντιας
μετακίνησης του σε όλες τις περιπτώσεις, με εξαίρεση όταν είναι το βαρύ σε
ζεύγος στενών θεμελίων ή όταν είναι το ευρύ/βαρύ δίπλα σε στενό/ελαφρύ
(στα ανάντη). Επιπλέον, υπάρχει περίπτωση να προκύψει και αύξηση της
καθίζησης, αλλά μόνο όταν είναι το στενό/βαρύ δίπλα σε ευρύ/ελαφρύ (στα
ανάντη)
(EL)
The phenomenon of liquefaction in saturated layers of loose coarse-
grained soil becomes a major problem when these layers have a gentle slope,
thus creating lateral spreading, i.e., the downslope displacement of the soil
during the seismic excitation. If any structures are founded on this soil, they
develop settlement, horizontal displacement and downslope rotation during
the shaking. This complex response of structures in a lateral spreading
regime has been scarcely investigated in the international literature, and this
has been performed mainly through case histories. Thus, this paper
investigates the interaction of two adjacent (identical or different) structures
(same or different) in a gently sloping liquefied layer.
The investigation is carried out numerically, using the finite-difference
code FLAC. It pertains to a uniform sand layer with a gentle slope (inclination
2o), with a thickness of H = 10 m under harmonic excitation. The sand was
simulated with the NTUA-SAND constitutive model. The two adjacent
structures (upstream and downstream) are assumed to be founded on the
ground surface through rough and rigid strip footings, bearing a uniform load
(corresponding to the total weight of each structure). Analyses are performed
for two identical surface footings with widths B = 5 m, 20 m and bearing loads
q = 50, 100, 200 kPa at interdistance D = 2.5, 5, 10 m and 20 m. In the
sequel, analyses are performed for pairs of footings that are different in terms
of their width B and load q, with value options for widths, loads and
interdistances within the above ranges.
The present study shows that regarding a pair of footings in gently
sloping liquefied soil, the response of the upstream and downstream footing is
different, even if they are identical. In addition, their response is also different
from the response that each footing would have had if it was isolated. In any
case, an increase of the distance D between the footings reduces their
interaction.
In particular, for narrow identical footings the interaction usually leads
to a reduction in settlements, horizontal displacements and rotations
compared to what would be observed if they were isolated. In practice, the
downstream foundation has higher settlement and horizontal displacement
than the upstream one, while the reverse is usually true for the final value of
the rotation. Thus, only the downstream footing can have a larger settlement
and horizontal displacement than the isolated footing, and this under certain
conditions (e.g., at a very short normalized interdistance D/B = 0.5, or if it is
very heavy q = 200 kPa). Typically, for wide identical footings, the interaction
leads only to a reduction in settlement, but at the same time to an increase in
horizontal displacements and rotations of the downstream footing compared
to what would be observed if it was isolated. Therefore, in a pair of identical
footings, the downstream one always protects the upstream one, but
sometimes at the cost of increased settlement or horizontal displacement. A
normalized interdistance D/B = 4 between two identical footings tends to bring
the response of the downstream footing close to that of the isolated one.
However, the upstream footing still exhibits lower values of the response
characteristics of interest.
Similarly, for a pair of different footings, the interaction usually turns out
to be favorable for the upstream one, which seems to be "protected" by the
downstream footing, regardless of the characteristics of the two. The
favorable interaction applies to all characteristics of the response. On the
contrary, the interaction turns out to be partly unfavorable for the downstream
footing. In particular, there is an increase in its horizontal displacement in all
cases, except when it is the heavy one in a pair of narrow footings or when it
is the wide/heavy one next to narrow/light one (at the upstream). In addition,
there is a possibility of an increase in settlement, but only when it is the
narrow/heavy one next to wide/light (at the upstream)
(EN)
Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο
