Ιωάννης Λυμπέρης

Θεμελιώδη αρχή λειτουργίας του μοντέλου SHIELD, Η σεισμική αδρανειακή δύναμη, αδυνατώντας να υπερνικήσει το πεδίο προέντασης που διατηρεί τη μηχανική σύζευξη, δεν προκαλεί σημαντικές σχετικές παραμορφώσεις ούτε καταστροφικό μηχανικό έργο εντός της κατασκευής. Αντίθετα, θέτει σε κίνηση τον δομογεωσυζευγμένο μηχανισμό ως ενιαίο σώμα, ο οποίος μεταβιβάζει το μηχανικό έργο στο περιβάλλον φυσικό έδαφος. Ως αποτέλεσμα, ούτε οι τένοντες ούτε οι διατομές του φέροντος οργανισμού αναπτύσσουν σημαντικές πρόσθετες καταπονήσεις πέραν εκείνων που οφείλονται στην αρχική προένταση, όπως προκύπτει από τα διαγράμματα των αριθμητικών αναλύσεων. Η ερμηνεία αυτή ενισχύεται από το γεγονός ότι η παράμετρος η(t) παραμένει μεγαλύτερη της μονάδας (η(t)>1) καθ' όλη τη διάρκεια της σεισμικής διέγερσης, διατηρώντας τη συνεχή συμπιεστική σύζευξη μεταξύ κατασκευής και εδάφους. Στο πλαίσιο του προτεινόμενου μοντέλου SHIELD, η απόκριση δεν βασίζεται στην ανάπτυξη ελεγχόμενων ανελαστικών παραμορφώσεων, αλλά στη διατήρηση της κινηματικής συμβατότητας και της μηχανικής σύζευξης. Υπό αυτές τις συνθήκες, ο συμβατικός συντελεστής συμπεριφοράς q, ο οποίος χρησιμοποιείται για να προσομοιώσει την ικανότητα πλαστικής απορρόφησης ενέργειας, δεν αποτελεί τον κυρίαρχο μηχανισμό αντισεισμικής προστασίας.

Ερώτηση: Πώς καταργώ το καταστροφικό έργο του σεισμού μέσα στην κατασκευή; Απάντηση: Ο σεισμός δεν καταστρέφει ένα κτίριο απλώς και μόνο επειδή το κουνάει. Το καταστρέφει όταν τα διάφορα σημεία του κτιρίου κινούνται διαφορετικά μεταξύ τους – όταν, για παράδειγμα, η οροφή πηγαίνει αριστερά ενώ η βάση δεξιά. Αυτή η σχετική μετατόπιση παράγει έργο, το οποίο εκδηλώνεται ως ρωγμές, θραύσεις, μεγάλες παραμορφώσεις και τελικά κατάρρευση. Με το σύστημά μου εμποδίζω τη δημιουργία αυτής της σχετικής μετατόπισης. Στερώ από την αδράνεια της κατασκευής τη δυνατότητα να αντιδράσει μόνη της, ανεξάρτητα και αντίθετα από το έδαφος. Όταν η αδράνεια παύει να λειτουργεί αυτόνομα, παύει να παράγεται και το καταστροφικό έργο του σεισμού μέσα στο κτίριο. Πρακτικά, αυτό σημαίνει ότι το έδαφος και όλα τα μέρη της κατασκευής κινούνται προς όλες τις κατευθύνσεις ταυτόχρονα, χωρίς χρονική υστέρηση. Όταν δεν υπάρχει χρονική καθυστέρηση στην κίνηση, δεν δημιουργείται παραμόρφωση ούτε βλάβη. Το αποτέλεσμα είναι η κατασκευή να μην αισθάνεται τον σεισμό ως καταστροφικό έργο, αλλά απλώς ως μια ακίνδυνη κινηματική κίνηση του χώρου που ακολουθεί. Ερώτηση: Και πού εκδηλώνεται αυτό το καταστροφικό έργο του σεισμού; Απάντηση: Με το σύστημά μου σταματάμε την παραμόρφωση της κατασκευής, αλλά όχι και την ανατροπή της. Για να σταματήσουμε και την ανατροπή, πρέπει να ενώσουμε την κατασκευή με το έδαφος. Αυτό το πετυχαίνουμε προεκτείνοντας τους τένοντες προέντασης μέσα στο έδαφος και πακτώνοντάς τους ισχυρά με πολλαπλούς μηχανισμούς αγκύρωσης. Έτσι, το έδαφος αναλαμβάνει τη ροπή ανατροπής κάθε τοιχώματος ξεχωριστά, αλλά και συλλογικά – μέσω όλων των τοιχωμάτων – τη συνολική στροφή της κατασκευής. Στην ουσία, δημιουργείται σε κάθε τοίχωμα ξεχωριστά μια αντίρροπη ροπή απέναντι στη ροπή ανατροπής του. Η αντίρροπη αυτή ροπή ενισχύεται πολλαπλασιαστικά από το πλάτος του τοιχώματος, το οποίο λειτουργεί ως μοχλοβραχίονας αντίδρασης, όταν οι τένοντες τοποθετούνται σε όλα τα άκρα του. Έτσι, αναγκαστικά, το έργο αυτό εξωθείται μέσα στο έδαφος. Η μεταφορά του έργου δεν γίνεται μέσω των τενόντων. Οι τένοντες χρησιμεύουν αποκλειστικά για τη δομογεωσύζευξη – δηλαδή για να ενώσουν το κτίριο με το έδαφος σε ένα ενιαίο σώμα. Η μεταφορά του καταστροφικού έργου γίνεται μέσω ολόκληρης της μάζας του δομογεωσυζευγμένου συστήματος προς τη φυσική, αδέσμευτη μάζα του εδάφους. Το έργο διαχέεται ακίνδυνα στο φυσικό περιβάλλον, μακριά από την κατασκευή. Ανάλογα με το έδαφος, η σύνδεση παίρνει διαφορετική μορφή: Όταν αγκυρώνουμε σε βράχο, το σύστημα συμπεριφέρεται σαν παγάκι μέσα σε πάγο – δηλαδή το κτίριο και ο βράχος γίνονται ένα ενιαίο σώμα, χωρίς καμία δυνατότητα σχετικής κίνησης. Όταν αγκυρώνουμε σε συμπυκνωμένο έδαφος, είναι σαν να έχουμε ένα προεντεταμένο τοίχωμα, χωμένο κατά το ήμισυ μέσα στο έδαφος – το πάνω μισό λειτουργεί ως τοίχος του κτιρίου, το κάτω μισό είναι ριζωμένο βαθιά στη γη, δεμένο με τους τένοντες. Έτσι, σε κάθε περίπτωση, το κτίριο παύει να είναι ένα ανεξάρτητο αντικείμενο που απλώς πατάει πάνω στο έδαφος. Γίνεται ένα σώμα μαζί του – δεμένο, συμπιεσμένο, αλληλοστηριζόμενο.

Ο γενικός τύπος του μηχανικού έργου είναι: W = ∫ F · du ή, για διακριτό σύστημα βαθμών ελευθερίας, W = ∫ Fᵀ du όπου: F = διάνυσμα εσωτερικών ή εξωτερικών δυνάμεων, du = στοιχειώδες διάνυσμα σχετικών μετατοπίσεων. Αν όλες οι σχετικές μετατοπίσεις δεσμεύονται (πανταχόθεν), τότε: du → 0 και επομένως ┌─────────────────┐ │ W = ∫ Fᵀ du → 0 │ └─────────────────┘ ή ισοδύναμα, ┌──────────────────────────────────────┐ │ lim (||Δu||→0) W = lim (||Δu||→0) ∫ Fᵀ du = 0 │ └──────────────────────────────────────┘ Αυτή είναι η πιο γενική μαθηματική διατύπωση: όταν οι σχετικές μετακινήσεις όλων των βαθμών ελευθερίας τείνουν στο μηδέν, το μηχανικό έργο που αναπτύσσεται στο εσωτερικό της κατασκευής τείνει επίσης στο μηδέν, ανεξάρτητα από το μέγεθος των δυνάμεων, επειδή το έργο είναι το εσωτερικό γινόμενο δύναμης και μετατόπισης. Αυτό συνδέεται άμεσα με τη διατύπωση που χρησιμοποιώ. Εφόσον η μηχανική σύζευξη δεσμεύει όλες τις σχετικές μετατοπίσεις της κατασκευής, ισχύει du → 0 και συνεπώς ┌─────────────────┐ │ W = ∫ Fᵀ du → 0 │ └─────────────────┘ δηλαδή το καταστροφικό μηχανικό έργο στο εσωτερικό της κατασκευής τείνει στο μηδέν.

Η σεισμική αδρανειακή δύναμη, αδυνατώντας να υπερνικήσει το πεδίο προέντασης που διατηρεί τη μηχανική σύζευξη, δεν προκαλεί σημαντικές σχετικές παραμορφώσεις ούτε καταστροφικό μηχανικό έργο εντός της κατασκευής. Αντίθετα, θέτει σε κίνηση τον δομογεωσυζευγμένο μηχανισμό ως ενιαίο σώμα, το οποίο μεταβιβάζει το μηχανικό έργο στο περιβάλλον φυσικό έδαφος. Ως αποτέλεσμα, ούτε οι τένοντες ούτε οι διατομές του φέροντος οργανισμού αναπτύσσουν σημαντικές πρόσθετες καταπονήσεις πέραν εκείνων που οφείλονται στην αρχική προένταση, όπως επιβεβαιώνεται από τα διαγράμματα των αριθμητικών αναλύσεων.

Με την κυκλοφορία του βιβλίου μου την 1η Σεπτεμβρίου, η αντισεισμική τεχνολογία αποκτά ένα νέο παράδειγμα αντισεισμικού σχεδιασμού. Αυτό θα αλλάξει σιγά σιγά τον τρόπο με τον οποίο κατασκευάζουμε τα σπίτια μας και όχι μόνο. Αξίωμα SHIELD – Αρχή της Δομογεωσυζευγμένης Κινηματικής Απόκρισης Η σεισμική ασφάλεια επιτυγχάνεται όταν η κατασκευή εξαναγκάζεται να ακολουθεί την εδαφική κίνηση ως ενιαίο δομογεωσυζευγμένο κινηματικό σύστημα, καταστέλλοντας την ανάπτυξη σχετικών μετατοπίσεων και ελαχιστοποιώντας τη χρονική υστέρηση της απόκρισης. Η διπλή προένταση επί του ιδίου τένοντα, μέσω τριών διακριτών σταθμών σταθεροποίησης και αμφίπλευρης πάκτωσης από το δώμα έως το έδαφος, αξιοποιώντας τον γεωμετρικό μοχλοβραχίονα που διαμορφώνει το πλάτος των τοιχωμάτων, συγκροτεί τον μηχανισμό που εξισορροπεί τις σεισμικές δράσεις και εξουδετερώνει τις δράσεις που διεγείρουν την ανάπτυξη ανελαστικών παραμορφώσεων, επιβάλλοντας κινηματική συμβατότητα μεταξύ κατασκευής και εδάφους. Υπό αυτές τις συνθήκες, η αδράνεια δεν καταργείται· καταργείται όμως η ανεξαρτησία της και κατ' επέκταση η ικανότητά της να παράγει ουσιαστικό εσωτερικό παραμορφωσιακό έργο μέσα στον φέροντα οργανισμό. Το έργο δεν μηδενίζεται· ανακατανέμεται μέσω του δομογεωσυζευγμένου μηχανισμού. Οι τένοντες λειτουργούν ως στοιχεία κινηματικής σύζευξης και όχι ως φορείς μεταφοράς του παραμορφωσιακού έργου. Το έργο τελικά διαχέεται στο αδέσμευτο περιβάλλον έδαφος. Με τον τρόπο αυτό, το SHIELD προστατεύει την κατασκευή και τους χρήστες της, καθώς το παραμορφωσιακό έργο της ανωδομής ανακατανέμεται μέσω του δομογεωσυζευγμένου μηχανισμού και τελικά διαχέεται στη φυσική γεωμάζα, όπου εκτονώνεται μέσω της φυσικής ελαστοπλαστικής συμπεριφοράς του εδάφους. Έτσι, το SHIELD δεν τροποποιεί τον συμβατικό σχεδιασμό πλαστιμότητας ούτε καταργεί την πλαστιμότητα του φέροντος οργανισμού. Η πλαστιμότητα παραμένει διαθέσιμη ως εφεδρικός μηχανισμός ασφαλείας, αλλά δεν καλείται να λειτουργήσει, επειδή οι κινηματικές συνθήκες που θα ενεργοποιούσαν τις ανελαστικές παραμορφώσεις καταστέλλονται μέσω της δομογεωσυζευγμένης κινηματικής απόκρισης.

Αξίωμα SHIELD – Αρχή της Δομογεωσυζευγμένης Κινηματικής Απόκρισης Η σεισμική ασφάλεια επιτυγχάνεται όταν η κατασκευή εξαναγκάζεται να ακολουθεί την εδαφική κίνηση ως ενιαίο δομογεωσυζευγμένο κινηματικό σύστημα, καταστέλλοντας την ανάπτυξη σχετικών μετατοπίσεων και ελαχιστοποιώντας τη χρονική υστέρηση της απόκρισης. Η διπλή προένταση επί του ιδίου τένοντα, μέσω τριών διακριτών σταθμών σταθεροποίησης και αμφίπλευρης πάκτωσης από το δώμα έως το έδαφος, αξιοποιώντας τον γεωμετρικό μοχλοβραχίονα που διαμορφώνει το πλάτος των τοιχωμάτων, συγκροτεί τον μηχανισμό που εξισορροπεί τις σεισμικές δράσεις και εξουδετερώνει τις δράσεις που διεγείρουν την ανάπτυξη ανελαστικών παραμορφώσεων, επιβάλλοντας κινηματική συμβατότητα μεταξύ κατασκευής και εδάφους. Υπό αυτές τις συνθήκες, η αδράνεια δεν καταργείται· καταργείται όμως η ικανότητά της να παράγει ουσιαστικό εσωτερικό παραμορφωσιακό έργο μέσα στον φέροντα οργανισμό. Το έργο δεν μηδενίζεται· ανακατανέμεται μέσω του δομογεωσυζευγμένου μηχανισμού και τελικά διαχέεται στο αδέσμευτο περιβάλλον έδαφος. «Με τον τρόπο αυτό, το SHIELD προστατεύει την κατασκευή και τους χρήστες της, μεταφέροντας το παραμορφωσιακό έργο από την ανωδομή προς το περιβάλλον έδαφος.»

Ο σύνδεσμος [https://link.springer.com/series/6011](https://link.springer.com/series/6011) ανήκει στη διεθνώς αναγνωρισμένη επιστημονική σειρά Geotechnical, Geological and Earthquake Engineering (GGEE) (Γεωτεχνική, Γεωλογική και Αντισεισμική Μηχανική). Απαντώντας λοιπόν επακριβώς για τη συγκεκριμένη σειρά: 1. Είναι οι συγγραφείς στην κορυφή αυτής της επιστήμης; Ναι, αναμφίβολα. Η σειρά GGEE της Springer θεωρείται μία από τις κορυφαίες και πιο έγκριτες επιστημονικές σειρές παγκοσμίως στον τομέα της σεισμικής μηχανικής και της γεωτεχνικής μηχανικής. Για να εκδοθεί ένα βιβλίο (μονογραφία ή συλλογικός τόμος) σε αυτή τη σειρά, περνάει από εξαιρετικά αυστηρή επιστημονική αξιολόγηση (peer review) από διεθνείς επιτροπές ειδικών. Οι συγγραφείς που δημοσιεύουν εδώ είναι κορυφαίοι ακαδημαϊκοί, ερευνητές και εφευρέτες/μηχανικοί (διεθνώς αλλά και από την Ελλάδα, καθώς η χώρα μας έχει παράδοση και τεράστια επιστημονική κοινότητα λόγω της υψηλής σεισμικότητας). Τα έργα τους διαμορφώνουν τους σύγχρονους κανονισμούς ασφαλείας, τις νέες αντισεισμικές τεχνολογίες και τα μαθηματικά/υπολογιστικά μοντέλα προσομοίωσης. 2. Τι ακριβώς είναι αυτή η σειρά βιβλίων; Η σειρά επικεντρώνεται στη μελέτη της συμπεριφοράς του εδάφους και των κατασκευών κατά τη διάρκεια έντονων φυσικών φαινομένων, με κύριο άξονα τον σεισμό. Καλύπτει τη σύγκλιση τριών επιστημών: Γεωτεχνική Μηχανική: Πώς συμπεριφέρεται το έδαφος, τα θεμέλια και οι βράχοι υπό πίεση (π.χ. φαινόμενα ρευστοποίησης εδάφους). Γεωλογία: Η δομή της γης, τα ρήγματα και η διάδοση των σεισμικών κυμάτων. Αντισεισμική Μηχανική (Earthquake Engineering): Ο σχεδιασμός κτιρίων, γεφυρών και υποδομών ώστε να αντέχουν σε καταστροφικούς σεισμούς ή να αλληλεπιδρούν «έξυπνα» με την κίνηση του εδάφους. 3. Τι περιλαμβάνουν αυτά τα βιβλία; Τα βιβλία της σειράς 6011 δεν είναι γενικά εγχειρίδια για αρχάριους. Είναι εξειδικευμένες μονογραφίες και ερευνητικά συγγράμματα υψηλού επιπέδου που παρουσιάζουν: Καινοτόμες Αντισεισμικές Τεχνολογίες: Συστήματα ελέγχου των σεισμικών αποκρίσεων, προένταση, διατάξεις απόσβεσης ενέργειας, και συστήματα που επιτρέπουν στο κτίριο να «συνεργάζεται» με το έδαφος αντί να συγκρούεται άκαμπτα με αυτό (όπως για παράδειγμα το σύστημα SHIELD και η μεθοδολογία NSRT που αναλύονται σε πρόσφατες ελληνικές και διεθνείς μελέτες της σειράς). Προηγμένα Υπολογιστικά Μοντέλα: Μη γραμμικές αναλύσεις (nonlinear time-history simulations) και δυναμικές αναλύσεις (Incremental Dynamic Analysis - IDA) υπό ακραίες σεισμικές επιταχύνσεις. Μελέτες Πεδίου (Case Studies): Αναλύσεις μεγάλων ιστορικών σεισμών (π.χ. Tohoku στην Ιαπωνία) και των επιπτώσεών τους σε πραγματικές κατασκευές. Σε ποιους απευθύνεται; Η σειρά αποτελεί το απόλυτο σημείο αναφοράς για πολιτικούς μηχανικούς, γεωτεχνικούς, σεισμολόγους και ερευνητές που βρίσκονται στην αιχμή της τεχνολογίας και προσπαθούν να σχεδιάσουν τις θωρακισμένες πόλεις του μέλλοντος. Αν κάποιος κατέχει ή εκδίδει βιβλίο στη σειρά GGEE, κινείται στο υψηλότερο δυνατό επίπεδο της αντισεισμικής επιστήμης.

Ναι, αλλά σε σημαντικά μικρότερο βαθμό από ένα συμβατικό κτίριο. Τα αντικείμενα ακολουθούν κυρίως την κίνηση του εδάφους, επειδή οι όροφοι δεν αναπτύσσουν τη μεγάλη πρόσθετη σχετική ταλάντωση που εμφανίζεται στις συμβατικές κατασκευές. Υπάρχει επίσης η υβριδική εκδοχή του συστήματος, η οποία συνδυάζει το SHIELD με οριζόντια και κατακόρυφη σεισμική μόνωση, μειώνοντας ακόμη περισσότερο τις επιταχύνσεις που μεταδίδονται στην ανωδομή και στο περιεχόμενό της.

Φίλε μου Μπερδεύεις δύο διαφορετικά μεγέθη. Άλλο η ολική μετατόπιση του κτιρίου και άλλο η σχετική μετατόπιση του κτιρίου. Η ολική μετατόπιση είναι πόσο μετακινείται συνολικά το κτίριο μαζί με τη θεμελίωσή του. Η σχετική μετατόπιση είναι πόσο παραμορφώνεται το ίδιο το κτίριο, δηλαδή πόσο μετακινείται ο ένας όροφος σε σχέση με τον άλλον. Στο SHIELD η σχετική μετατόπιση της ανωδομής παραμένει περίπου 1 cm, ενώ η ολική μετατόπιση μπορεί να είναι αρκετά μεγαλύτερη, επειδή μετακινείται συνολικά το σύστημα θεμελίωσης μαζί με το κτίριο. Οι δομικές βλάβες συνδέονται κυρίως με τη σχετική μετατόπιση και όχι με την ολική μετατόπιση. Γι' αυτό τα δύο μεγέθη δεν πρέπει να συγχέονται.

Όχι. Αντίθετα, εφόσον η σχετική μετακίνηση του SHIELD κτιρίου είναι πολύ μικρή, το πρόβλημα της πρόσκρουσης αναμένεται να μειώνεται και όχι να αυξάνεται. Στις αναλύσεις μου η σχετική παραμόρφωση της ανωδομής παραμένει περίπου 1 cm. Αν το κτίριο έρθει σε επαφή με γειτονικό κτίριο, η επαφή αυτή αναμένεται να περιορίσει ακόμη περισσότερο τη συνολική μετακίνηση του συζευγμένου συστήματος και όχι να δημιουργήσει πρόσθετη εσωτερική παραμόρφωση στον φέροντα οργανισμό. Ωστόσο, η συμπεριφορά αυτή θα πρέπει να επιβεβαιωθεί με ειδική ανάλυση αλληλεπίδρασης γειτονικών κτιρίων.

«Η κλασική αντισεισμική μηχανική προσπαθεί να λύσει τον γόρδιο δεσμό των σεισμικών δυνάμεων μέσω αντοχής, πλαστιμότητας και ελεγχόμενης παραμόρφωσης. Το SHIELD δεν προσπαθεί να τον λύσει· τον κόβει, δεσμεύοντας την ανεξάρτητη αδρανειακή απόκριση του κτιρίου, ώστε να μην παράγεται καταστροφικό παραμορφωσιακό έργο μέσα στον φέροντα οργανισμό.»

Δεν χρειάζεται καμία απολύτως συντήρηση γιατί όλα επικαλύπτονται με σκυρόδεμα Δεν χρειάζεται καμία απόσταση από άλλα κτίρια Μπαίνει και σε υφιστάμενες κατασκευές.

Η βασική ιδέα του SHIELD με απλά λόγια Φανταστείτε δύο ξύλα. Το ένα αντιπροσωπεύει ένα πολυώροφο κτίριο και το άλλο μια προ-συμπιεσμένη γεωστήλη κάτω από το κτίριο. Αφού ανοίξουμε με τρυπάνι τέσσερης οπές στις γωνίες των δύο ξύλων, τα ενώνουμε με τέσσερις πολύ ισχυρές ντίζες που διαπερνούν τις οπές και τις σφίγγουμε όσο περισσότερο γίνεται με κοχλίες πάνω κάτω. Όσο αυξάνεται η προένταση, τόσο δυσκολότερο γίνεται να λυγίσει το ένα ξύλο σε σχέση με το άλλο. Η μεγάλη απόσταση μεταξύ των ντιζών λειτουργεί σαν μεγάλος μοχλοβραχίονας πλάτους και αυξάνει σημαντικά τη δυσκαμψία του συστήματος απέναντι στην κάμψη και την ανατροπή. Αν στη συνέχεια ανοίξουμε μια οπή και στερεώσουμε βαθιά το κάτω ξύλο μέσα στο έδαφος ή στον βράχο, δεν στηρίζουμε απλώς το κτίριο. Δημιουργούμε ένα ενιαίο μηχανικό σύστημα, όπου κτίριο και γεωστήλη συνεργάζονται και μεταφέρουν την αδράνεια και το έργο της στο αδέσμευτο φυσικό έδαφος. Αυτή είναι, με απλά λόγια, η βασική ιδέα του SHIELD. Στις συμβατικές θεμελιώσεις το κτίριο απλώς εδράζεται στο έδαφος και αποκρίνεται στον σεισμό ως ένα σχετικά ανεξάρτητο δυναμικό σύστημα. Αυτή η σχετική δυναμική απόκριση οδηγεί στην ανάπτυξη παραμορφώσεων μέσα στον φέροντα οργανισμό, και οι παραμορφώσεις είναι εκείνες που μπορούν να προκαλέσουν βλάβες. Το SHIELD επιδιώκει να περιορίσει δραστικά αυτή την ανεξαρτησία της απόκρισης, συζεύγοντας μηχανικά το κτίριο με μια προ-συμπιεσμένη γεωμάζα. Στόχος είναι το κτίριο και το άμεσα δεσμευμένο έδαφος να κινούνται όσο το δυνατόν περισσότερο ως ένα ενιαίο σύστημα. Οι τένοντες δεν υπάρχουν για να «κρατήσουν» τον σεισμό. Ο πρωταρχικός τους ρόλος είναι να δημιουργήσουν και να διατηρήσουν αυτή τη γεωδομική σύζευξη μέσω της προέντασης. Σύμφωνα με αυτή τη θεώρηση, η σεισμική δράση δεν καταναλώνεται πλέον κυρίως σε εσωτερικές παραμορφώσεις του φέροντος οργανισμού, αλλά ανακατανέμεται μέσω του συζευγμένου συστήματος κτιρίου–γεωμάζας και τελικά διαχέεται στο ευρύτερο φυσικό έδαφος.

«Η θεωρία δεν είναι πλέον μια αδημοσίευτη ιδέα. Υπάρχουν δημοσιευμένες εργασίες, βιβλίο, αριθμητικά μοντέλα, πειραματικά αποτελέσματα και ανοικτά δεδομένα. Αν υπάρχει τεχνική διαφωνία, μπορεί πλέον να διατυπωθεί πάνω σε αυτό το υλικό.» Σύστημα Ασπίς: Σεισμική Αδράνεια Απενεργοποιημένη. Προεντεταμένη Ενεργειακή Παράκαμψη – Παράδειγμα Προληπτικού Αντισεισμικού Σχεδιασμού. ZENODO.ORG TitleSHIELD System – Extended Parametric Seismic Simulation Archive (Version 6) Description This archive presents the extended...

«Η θεμελιώδης ιδέα του SHIELD δεν είναι η αύξηση της αντίστασης της κατασκευής έναντι της σεισμικής δράσης, αλλά η μεταβολή του τρόπου με τον οποίο αποκρίνεται στη δυναμική διέγερση. Μέσω της κινηματικής σύζευξης κατασκευής και γεωμάζας επιδιώκεται η ελαχιστοποίηση της σχετικής παραμόρφωσης, ώστε η σεισμική διέγερση να εκδηλώνεται ως κοινή κίνηση του συστήματος και όχι ως ανεξάρτητη παραμορφωτική απόκριση του φέροντος οργανισμού.»

Ο Ευρωκώδικας 8 χρειάστηκε 20 χρόνια για να γίνει ευρέως αποδεκτός. Ο σεισμικός σχεδιασμός με βάση την πλαστιμότητα χρειάστηκε 30 χρόνια για να μπει στους κανονισμούς. Η αντισεισμική θωράκιση της Ελλάδας χρειάστηκε 40 χρόνια μετά τον σεισμό της Θεσσαλονίκης (1978) για να φτάσει στο σημερινό επίπεδο. Το SHIELD ήρθε πολύ νωρίς για το σημερινό κατεστημένο. Δεν είναι ότι είναι λάθος. Είναι ότι ο κόσμος δεν είναι ακόμα έτοιμος να το δεχτεί. Αλλά η νέα γενιά μηχανικών που θα το διαβάσει – αυτή που τώρα σπουδάζει – θα το δει ως την αυτονόητη εξέλιξη.

Το πρόβλημα που περιγράφεις ισχύει για ένα συμβατικό εύκαμπτο κτίριο, όπου η κάμψη του φορέα ενισχύει την ταλάντωση των ανώτερων ορόφων. Το σύστημα που προτείνω έχει σχεδιαστεί ακριβώς για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα. Δεν βασίζεται σε έναν μόνο μηχανισμό, αλλά σε τέσσερις συμπληρωματικούς μηχανισμούς: • Σεισμική μόνωση, που μειώνει τη μετάδοση της σεισμικής διέγερσης από το έδαφος προς την κατασκευή. • Dual-Structure Interaction, δηλαδή δύο ανεξάρτητους φορείς που αλληλεπιδρούν μέσω αποσβεστήρων, απορροφώντας μέρος της σεισμικής ενέργειας. • Prestressing, με προένταση των τοιχωμάτων και των τενόντων, ώστε να περιορίζεται η ανάπτυξη καμπτικών παραμορφώσεων. • Geo-Coupled Energy Dissipation (SHIELD), όπου οι αγκυρώσεις και η γεωσύζευξη με το έδαφος δημιουργούν έναν πρόσθετο μηχανισμό διάχυσης και απόσβεσης της σεισμικής ενέργειας. Επομένως, ο στόχος δεν είναι μόνο να μην καταρρεύσει το κτίριο. Είναι να περιοριστεί η σεισμική απόκριση που φτάνει στους ορόφους, ώστε να μειωθεί και ο κίνδυνος για τους ενοίκους και το περιεχόμενο του κτιρίου Δεν είμαι τρολ Είμαι συγγραφέας στην Springer Nature Controlled Seismic Response Engineering LINK.SPRINGER.COM This book offers strategies for seismic response control, enhancing structural integrity and minimizing damage through advanced...

Σε ένα συμβατικό εύκαμπτο κτίριο: ο 8ος όροφος αποκτά πρόσθετη μετακίνηση λόγω κάμψης, αυτή η πρόσθετη κίνηση συνοδεύεται από αυξημένες ταχύτητες και επιταχύνσεις σε σχέση με τους χαμηλότερους ορόφους, γι' αυτό οι πάνω όροφοι συνήθως βιώνουν εντονότερη σεισμική απόκριση. Αν στο δικό μου σύστημα ο 8ος όροφος ακολουθεί σχεδόν την ίδια κίνηση με το ισόγειο, χωρίς αυτή την καμπτική ενίσχυση, τότε ο άνθρωπος στον 8ο όροφο δεν υφίσταται την πρόσθετη επιτάχυνση που οφείλεται στην κάμψη του κτιρίου. Αυτό είναι ένα λογικό και τεχνικά βάσιμο επιχείρημα.

όλα τα έχω σκεφτεί

Φανταστείτε τον ποιο μεγάλο σεισμό που έγινε στον κόσμο και πολλαπλασιάστε Χ 50 φορές.΄Φυσικά δεν θα περιμένατε κανένα σπίτι ή πολυκατοικία να αντέξει αυτόν τον σεισμό. Ξέρετε τι κατάφερα ? Αν γινόταν ποτέ ένας σεισμός 50 φορές μεγαλύτερος από αυτό που αντέχουν σήμερα η κατασκευές, η κατασκευή η δική μου όχι μόνο δεν θα γκρέμιζε αλλά ούτε θα καταλάβαινε ότι έγινε σεισμός.

Γιατί ρωτάς? Για τα μπάζα είναι η γυναίκα σου?

Ναι συνήθως αυτοί που είναι πάνω από τα μπάζα δεν ενδιαφέρονται.

Σαν παγάκι μέσα σε πάγο: Μια νέα αντισεισμική τεχνολογία Κάθε μεταβολή της κίνησης ενός σώματος με μάζα δημιουργεί δυνάμεις αδράνειας. Ένα απλό παράδειγμα είναι το λεωφορείο. Όταν το λεωφορείο ξεκινά απότομα και στεκόμαστε όρθιοι, το σώμα μας τείνει να μείνει στην αρχική του κατάσταση και γι' αυτό νιώθουμε να πηγαίνουμε προς τα πίσω. Όταν το λεωφορείο φρενάρει, συμβαίνει το αντίθετο. Το σώμα μας συνεχίζει την προηγούμενη κίνησή του και μετατοπίζεται προς τα εμπρός. Αντίθετα, τα καθίσματα του λεωφορείου, επειδή είναι σταθερά συνδεδεμένα με το δάπεδο, ακολουθούν πιστά κάθε επιτάχυνση και επιβράδυνση. Δεν εμφανίζουν σχετική μετακίνηση ως προς το λεωφορείο και επομένως δεν αναπτύσσονται εσωτερικές παραμορφώσεις εξαιτίας αυτής της κίνησης. Αυτό είναι το βασικό σκεπτικό του συστήματος SHIELD. Η επιδίωξη δεν είναι να καταπολεμηθεί η αδράνεια, γιατί αυτό είναι αδύνατο. Η επιδίωξη είναι να περιοριστούν οι σχετικές μετακινήσεις που γεννούν τις παραμορφώσεις και τις καταστροφικές εντάσεις. Με μια φράση: Υπάρχουν δύο καταστάσεις: Ή συγκρούεσαι με το λεωφορείο, ή γίνεσαι επιβάτης του. Δηλαδή: Ή αντιστέκεσαι στην κίνηση, ή συγχρονίζεσαι με αυτήν. Αυτή είναι και η θεμελιώδης αρχή του SHIELD: «Ο στόχος δεν είναι ένα κτίριο που αντιστέκεται στον σεισμό, αλλά ένα κτίριο που κινείται μαζί με το έδαφος.» Και ακόμη πιο απλά: «Συμβαδίζω αντί να συγκρούομαι.» Η κλασική αντισεισμική φιλοσοφία βασίζεται στην αντίσταση των δομικών στοιχείων στις σεισμικές δυνάμεις. Το SHIELD προτείνει μια διαφορετική φιλοσοφία: να περιοριστούν όσο γίνεται οι σχετικές μετακινήσεις μεταξύ του κτιρίου και του εδάφους, ώστε να περιοριστούν και οι παραμορφώσεις που προκαλούν τις βλάβες. Πιστεύετε ότι το μέλλον της αντισεισμικής μηχανικής βρίσκεται στην αντίσταση ή στον συγχρονισμό με την εδαφική κίνηση;

Αξίωμα SHIELD – Αρχή της Δομογεωσυζευγμένης Κινηματικής Απόκρισης Η σεισμική ασφάλεια επιτυγχάνεται όταν η κατασκευή εξαναγκάζεται να ακολουθεί την εδαφική κίνηση ως ενιαίο δομογεωσυζευγμένο κινηματικό σύστημα, καταστέλλοντας την ανάπτυξη σχετικών μετατοπίσεων και ελαχιστοποιώντας τη χρονική υστέρηση της απόκρισης. Η διπλή προένταση επί του ιδίου τένοντα, μέσω τριών διακριτών σταθμών σταθεροποίησης και αμφίπλευρης πάκτωσης από το δώμα έως το έδαφος, αξιοποιώντας τον γεωμετρικό μοχλοβραχίονα που διαμορφώνει το πλάτος των τοιχωμάτων, συγκροτεί τον μηχανισμό που εξισορροπεί τις σεισμικές δράσεις και εξουδετερώνει τις δράσεις που διεγείρουν την ανάπτυξη ανελαστικών παραμορφώσεων, επιβάλλοντας κινηματική συμβατότητα μεταξύ κατασκευής και εδάφους. Υπό αυτές τις συνθήκες, η αδράνεια δεν καταργείται· καταργείται όμως η ικανότητά της να παράγει ουσιαστικό εσωτερικό παραμορφωσιακό έργο μέσα στον φέροντα οργανισμό. Το έργο δεν μηδενίζεται· ανακατανέμεται μέσω του δομογεωσυζευγμένου μηχανισμού και τελικά διαχέεται στο αδέσμευτο περιβάλλον έδαφος. «Με τον τρόπο αυτό, το SHIELD προστατεύει την κατασκευή και τους χρήστες της, μεταφέροντας το παραμορφωσιακό έργο από την ανωδομή προς το περιβάλλον έδαφος.» Το βιβλίο μου Controlled Seismic Response Engineering είναι πρώτο στην σειρά Geotechnical, Geological and Earthquake Engineering όπου ο Πιτιλάκης είναι στην επιτροπή EDITORS AND EDITORIAL BOARD MEMBERS IN THE GEOTECHNICAL, GEOLOGICAL AND EARTHQUAKE ENGINEERING BOOK SERIES: Series Editor: Atilla Ansal Ozyegin University School of Engineering Alemdag Çekmeköy 34794, Istanbul, Turkey Email: atilla.ansal@ozyegin.edu.tr Advisory Board Julian J. Bommer Imperial College Department of Civil & Environmental Engineering Imperial College Road London SW7 2AZ, United Kingdom Email: j.bommer@imperial.ac.uk Jonathan D. Bray University of California, Berkeley Department of Civil and Environmental Engineering 453 David Hall, Berkeley, CA 94720, USA Email: jonbray@berkeley.edu Kyriazis Pitilakis Aristotle University Thessaloniki Department of Civil Engineering Laboratory of Soil Mechanics and Foundations University Campus 54124 Thessaloniki, Greece Email: pitilakis@civil.auth.gr Susumu Yasuda Tokyo Denki University Department of Civil and Environmental Engineering Hatoyama-Cho Hiki-gun Saitama 350-0394, Tokyo, Japan Email: yasuda@g.dendai.ac.jp Geotechnical, Geological and Earthquake Engineering | Book series home LINK.SPRINGER.COM The book series entitled Geotechnical, Geological and Earthquake Engineering has been initiated to provide carefully selected and...

Μηχανικές Αρχές του Συστήματος SHIELD Θεμελιώδες Αξίωμα Το σύστημα SHIELD δεν καταργεί την αδράνεια. Καταργεί την ικανότητά της να παράγει εσωτερικό παραμορφωσιακό έργο μέσα στην κατασκευή. Το έργο δεν μηδενίζεται· μεταβάλλει τον τόπο ανάπτυξής του και τον μηχανισμό μεταφοράς του. Στο SHIELD, οι τένοντες λειτουργούν πρωτίστως ως στοιχεία γεωκτιριοσύζευξης και δευτερευόντως ως στοιχεία μεταφοράς δυνάμεων. Αντί το έργο να αναπτύσσεται στην ανωδομή, μεταφέρεται μέσω της δομογεωσυζευγμένης διάταξης προς το περιβάλλον έδαφος, όπου εκτονώνεται χωρίς να επιβαρύνει ουσιαστικά τον φέροντα οργανισμό. Ερμηνεία των Πειραματικών Διαγραμμάτων Διάγραμμα Μετατόπισης στο Έδαφος: Η μετατόπιση της οροφής κατά περίπου 30 cm που παρουσιάζεται στο διάγραμμα δεν οφείλεται σε παραμόρφωση της κατασκευής. Οφείλεται κυρίως στην παραμόρφωση του φυσικού περιβάλλοντος εδάφους και στη μικρή ελαστική παραμόρφωση του προσυμπιεσμένου συζευγμένου εδάφους, το οποίο μεταφέρει μαζί του ολόκληρη την ανωδομή. Επομένως, η μετατόπιση αυτή δεν αντιστοιχεί σε σχετική μετατόπιση μεταξύ των ορόφων (interstory drift) ούτε σε ανάπτυξη ουσιαστικών παραμορφώσεων στον φέροντα οργανισμό. Διάγραμμα Δυνάμεων Τενόντων: Η αύξηση της δύναμης που παρουσιάζεται στο διάγραμμα αφορά μόνο τους τένοντες που προσυμπιέζουν και δεσμεύουν το έδαφος (πρώτη στάθμη προέντασης). Δεν αφορά τους τένοντες της ανωδομής (δεύτερη στάθμη προέντασης), οι οποίοι παραμένουν ουσιαστικά σταθεροί. Αυτό δείχνει ότι η μεταβολή της απόκρισης του εδάφους δεν μεταφέρεται ως παραμόρφωση στην κατασκευή. Ποσοτική Αξιολόγηση: Τόσο στον βράχο όσο και στο έδαφος η σχετική μετατόπιση παραμένει μόλις 1.06 cm, μέγεθος που αντιστοιχεί στο αμελητέο 0.004% του συνολικού ύψους. Για ένα κτίριο ύψους 25 m, το όριο σχετικής μετακίνησης 2% που χρησιμοποιείται στον Ευρωκώδικα 8 αντιστοιχεί σε περίπου 50 cm. Συνεπώς, η υπολογισμένη μετατόπιση του SHIELD είναι περίπου 47 φορές μικρότερη από το συγκεκριμένο θεσμικό όριο. Μηχανισμός Διπλής Προέντασης & Βαθιάς Αγκύρωσης Η πρώτη προένταση δεσμεύει και προ-συμπιέζει μια ζώνη γεωμάζας, δημιουργώντας έναν συμπαγή, προεντεταμένο γεωϋλικό πυρήνα. Η δεύτερη προένταση συνδέει το κτίριο με αυτή τη δεσμευμένη γεωμάζα, ώστε να λειτουργούν πλέον ως ενιαίο σύνθετο στοιχείο. Οι δύο προεντάσεις εφαρμόζονται μέσω του ίδιου τένοντα, αλλά διαχωρίζονται και παραμένουν λειτουργικά ανεξάρτητες χάρη στα τρία σημεία σταθεροποίησης του συστήματος. Έτσι, κάθε στάθμη διατηρεί τη δική της αυτόνομη μηχανική λειτουργία: Η πρώτη προένταση καθορίζει τον βαθμό δέσμευσης της γεωμάζας και ελέγχει κυρίως τη συνολική μετακίνηση, τη στροφή (rocking) και την τάση ανατροπής/αποκόλλησης (uplifting) του συζευγμένου εδάφους. Η δεύτερη προένταση επιβάλλει τη μηχανική σύζευξη της ανωδομής με τη δεσμευμένη γεωμάζα και ελέγχει κυρίως τις σχετικές τρισδιάστατες μετακινήσεις του φέροντος οργανισμού, συμβάλλοντας παράλληλα στην αύξηση της αντοχής του έναντι της τέμνουσας βάσης. Σημείωση Αξιοπιστίας: Λόγω του λειτουργικού αυτού διαχωρισμού, η μεταβολή ή τυχόν χαλάρωση της μίας στάθμης δεν συνεπάγεται αντίστοιχη απώλεια της λειτουργίας της άλλης. Δυναμική Συμπεριφορά & Διάχυση Ενέργειας Υπό σεισμική διέγερση, το σύστημα συμπεριφέρεται κατ' αναλογία με μια προεντεταμένη δοκό βαθιά εμφυτευμένη στο έδαφος: η ανάπτυξη σχετικής παραμόρφωσης μεταξύ των ινών της περιορίζεται δραστικά. Η κίνηση είναι συνολική, κατά βάση άκαμπτη και ομοιόμορφη σε όλο το ύψος. Η αδράνεια της κατασκευής δεν μετατρέπεται σε ουσιαστικό εσωτερικό παραμορφωσιακό έργο, αλλά μεταφέρεται περιμετρικά στη διεπιφάνεια όπου η προ-συμπιεσμένη (δεσμευμένη) γεωμάζα συναντά το φυσικό (αδέσμευτο) έδαφος. Εκεί εκδηλώνεται ως διάτμηση και παραμορφωτικό έργο, το οποίο τελικά αποσβένεται ως θερμότητα μέσω των εξής εδαφικών μηχανισμών: Τριβή μεταξύ των κόκκων του γεωϋλικού. Υστερητική συμπεριφορά της εδαφικής μάζας. Ακτινοβολία κυμάτων (radiation damping) στο άπειρο μέσο. Η θέση και το μέγεθος αυτής της διεπιφάνειας λειτουργούν ως ενεργός ζώνη διάχυσης ενέργειας, η έκταση της οποίας ελέγχεται άμεσα από το επίπεδο προέντασης και τη δυσκαμψία του γεωϋλικού. Αλληλεπίδραση & Σύζευξη Μοχλοβραχιόνων Η αγκύρωση των τενόντων σε βάθος δημιουργεί έναν διευρυμένο ενεργό μοχλοβραχίονα, ο οποίος δεν ταυτίζεται απλώς με τη γεωμετρική διάσταση του τοιχώματος, αλλά προκύπτει από τη μηχανική σύζευξη της κατασκευής με τη ζώνη της προ-συμπιεσμένης γεωμάζας. Στο πλαίσιο αυτό, η ροπή ανατροπής δεν εξισορροπείται πλέον αποκλειστικά μέσω εσωτερικών τάσεων του τοιχώματος, αλλά μέσω ενός κατανεμημένου πεδίου δυνάμεων που αναπτύσσεται σε όλο τον όγκο του σύνθετου συστήματος τοιχώματος–προσυμπιεσμένου εδάφους. Επιπλέον, η αντίσταση του συστήματος δεν προέρχεται αποκλειστικά από τον διευρυμένο μοχλοβραχίονα της βαθιάς αγκύρωσης. Κάθε προεντεταμένο τοίχωμα διαθέτει παράλληλα και τον δικό του γεωμετρικό μοχλοβραχίονα, ο οποίος αντιστοιχεί στο πλάτος της φυσικής του διατομής. Οι επιμέρους αυτοί γεωμετρικοί μοχλοβραχίονες λειτουργούν αθροιστικά και συνεργατικά με τον διευρυμένο μοχλοβραχίονα της γεωμάζας, διαμορφώνοντας ένα ενιαίο, ενισχυμένο μέτωπο αντίστασης στις ροπές ανατροπής. Συνεπώς, η ευσταθεια του φορέα προκύπτει τόσο από την κατανομή των δράσεων μεταξύ όλων των τοιχωμάτων όσο και από τη βαθιά μηχανική σύζευξη της κατασκευής με το προσυμπιεσμένο έδαφος. Ο διευρυμένος μοχλοβραχίονας οδηγεί σε ανακατανομή των δράσεων, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση των εφελκυστικών απαιτήσεων και τον δραστικό περιορισμό των καμπτικών παραμορφώσεων στο ίδιο το δομικό στοιχείο. Το τοίχωμα παύει να λειτουργεί ως μεμονωμένος πρόβολος (cantilever) και μετατρέπεται σε οργανικό μέρος ενός πολύ μεγαλύτερου μηχανισμού αντίστασης που ενσωματώνει ενεργά το έδαφος. Με αυτόν τον τρόπο, το SHIELD μετατρέπει ένα τοπικό πρόβλημα κάμψης σε πρόβλημα κατανεμημένης μεταφοράς δυνάμεων σε έναν διευρυμένο δομογεωσυζευγμένο όγκο, ελαχιστοποιώντας την ανάπτυξη εσωτερικού παραμορφωσιακού έργο στον φέροντα οργανισμό. Συμπέρασμα Το SHIELD δεν μηδενίζει το σεισμικό έργο· ανακατανέμει τον χώρο στον οποίο αυτό αναπτύσσεται. Τα αριθμητικά αποτελέσματα του παρόντος μοντέλου δείχνουν ότι η σχετική παραμόρφωση της ανωδομής παραμένει εξαιρετικά μικρή, ενώ η κυρίαρχη μετακίνηση αφορά το συζευγμένο έδαφος. Το SHIELD δεν επιχειρεί να μειώσει τη σεισμική δράση· μεταβάλλει τον μηχανισμό μέσω του οποίου αυτή παράγει μηχανικό έργο. Η αδράνεια παραμένει παρούσα, αλλά το έργο που παράγει ανακατανέμεται εκτός του φέροντος οργανισμού, προς τη δομογεωσυζευγμένη ζώνη διάχυσης στο έδαφος. Η ανακατανομή αυτή αποτελεί τη θεμελιώδη μηχανική αρχή του συστήματος SHIELD και ερμηνεύει τη δραστική μείωση των σχετικών μετακινήσεων και των εσωτερικών καταπονήσεων που παρατηρήθηκαν στις αριθμητικές αναλύσεις (FEA/IDA) και στις πειραματικές δοκιμές σε φυγοκεντρική τράπεζα. Στο εξεταζόμενο μοντέλο (κτίριο ύψους 25 m και μάζας περίπου 1.200 t), η σχετική μετατόπιση περιορίστηκε σε περίπου 1 cm, δηλαδή περίπου 47 φορές μικρότερη από το συμβατικό όριο του Ευρωκώδικα 8, ακόμη και υπό διεγέρσεις βασισμένες στο πραγματικό σεισμογράφημα του σεισμού Tohoku και αριθμητικές αναλύσεις έως 22 g. Ενώ οι συμβατικές κατασκευές σχεδιάζονται συνήθως για σεισμικές διεγέρσεις της τάξης των 0,5 g και το αντίστοιχο μοντέλο με ελαστομεταλλικά εφέδρανα κατέρρευσε περίπου στο 1 g, το σύστημα SHIELD παρέμεινε αριθμητικά σταθερό και δομικά ασφαλές. Το αποτέλεσμα αυτό δεν αποτελεί μεμονωμένη αριθμητική παρατήρηση, αλλά τη μηχανική υπογραφή του συστήματος SHIELD. Είναι πλήρως συνεπές με το θεμελιώδες αξίωμά του, σύμφωνα με το οποίο η σεισμική ενέργεια δεν μετατρέπεται σε ουσιαστικό εσωτερικό παραμορφωσιακό έργο στον φέροντα οργανισμό, αλλά ανακατανέμεται μέσω της δομογεωσυζευγμένης διάταξης προς τη ζώνη διάχυσης του εδάφους.