Αντισεισμικός σχεδιασμός με κριτήρια επιτελεστικότητας και μέθοδοι ενίσχυσης θεμελιώσεων σε ρευστοποιήσιμα εδάφη

Abstract

Seismic induced liquefaction causes severe shear strength degradation of the foundation soil, which may lead to the accumulation of excessive seismic settlements as well as to post-shaking bearing capacity failure. The design philosophy characterizing current practice, involves the installation of pile foundations, which essentially bypass the liquefiable layer and transfer the structure loads to deeper and non-liquefiable strata. In parallel, the liquefiable layer is often improved against excess pore pressure built up using gravel drains, while some degree of densification is obtained during their installation.Recent experimental and theoretical studies on the seismic response of shallow foundations on liquefiable soils [Cascone & Bouckovalas (1998), Liu & Dobry, (1997), Dashti et al. (2008), Sitar & Hausler, (2012)] provide well-established evidence that the aforementioned conventional design approach may be drastically changed with beneficial effects on the overall foundation cost, while maintaining acceptable performance and safety levels. However, in the absence of a complete design methodology of shallow foundations on liquefiable soils under the above conditions, does not allow the practical application of the previous observations, leading the engineers to the over-conservative and costly solution of deep foundation with piles and the catholic improvement of the liquefiable layer. The scope of the present thesis is to develop an analytical methodology for the performance-based design of strip shallow foundations resting directly on liquefiable soil, namely when the non-liquefiable crust is not encountered naturally but needs to be artificially created. Following the traditional requirements for the static design of shallow foundations, the specific methodology will enable the computation of the seismically induced settlements, as well as the post-shaking bearing capacity degradation.

Η εκδήλωση ρευστοποίησης λόγω σεισμού προκαλεί σημαντική απομείωση της διατμητικής αντοχής του εδάφους, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση δυναμικών καθιζήσεων σε επιφανειακές θεμελιώσεις τεχνικών έργων, καθώς και την προσωρινή απομείωση της μετασεισμικής φέρουσας ικανότητας των θεμελιώσεων αυτών έως και την αστοχία. Η ισχύουσα φιλοσοφία σχεδιασμού στις συγκεκριμένες εδαφικές συνθήκες, περιλαμβάνει τη θεμελίωση των τεχνικών έργων με τη χρήση πασσάλων, οι οποίοι παρακάμπτουν το ρευστοποιήσιμο στρώμα και μεταφέρουν τα φορτία της κατασκευής σε βαθύτερες, μη-ρευστοποιήσιμες εδαφικές στρώσεις. Παράλληλα, για την απομείωση των προκαλούμενων ροπών στους πασσάλους, το περιβάλλον έδαφος συχνά βελτιώνεται με τη χρήση δυναμικής συμπύκνωσης, καθώς και χρήση χαλικοπασσάλων/στραγγιστηρίων.Πειραματικά αποτελέσματα και επιτόπου παρατηρήσεις, [Cascone & Bouckovalas (1998), Liu & Dobry, (1997), Dashti et al. (2008), Sitar & Hausler, (2012)] υποδεικνύουν ότι η παρουσία μιας μη-ρευστοποιήσιμης ζώνης εδάφους, ικανών διαστάσεων και αντοχής, μπορεί να μετριάσει τις ανωτέρω επιπτώσεις της ρευστοποίησης, εξασφαλίζοντας την ικανοποιητική σεισμική συμπεριφορά των επιφανειακών θεμελιώσεων. Ωστόσο, η απουσία μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας σχεδιασμού επιφανειακών θεμελιώσεων σε ρευστοποιήσιμα εδάφη, υπό τις ανωτέρω συνθήκες, δεν επιτρέπει την αξιοποίηση των ανωτέρω συμπερασμάτων στην πράξη και οδηγεί στην υπερ-συντηρητική και δαπανηρή λύση της βαθιάς θεμελίωσης με πασσάλους και καθολικής βελτίωσης της ρευστοποιήσιμης στρώσης. Για την κάλυψη του ανωτέρω κενού, η παρούσα εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογίας σχεδιασμού επιφανειακών θεμελιώσεων μεγάλου μήκους (πεδιλοδοκών) σε ρευστοποιήσιμα εδάφη, με περιορισμένο βάθος και πλάτος βελτίωσης, λαμβάνοντας υπόψη κριτήρια επιτελεστικότητας (καθιζήσεων και φέρουσας ικανότητας).