Εδαφικές Ταλαντώσεις Προκαλούμενες κατά την Εμπηξη Μεταλλικών

Πασσαλοσανίδων σε Αστικό Περιβάλλον

Ground Vibrations From Sheetpile Driving in Urban Environment

ΠΕΛΕΚΗΣ, Π .Κ. Πολιτ ικός Μηχανικός, Υποψήφιος Διδάκτωρ, Πανεπιστήμιο Πατρών ΑΘΑΝΑΣΟΠΟΥ ΛΟΣ, Γ .Α. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, Πανεπιστήμιο Πατρών

ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Παρουσιάζεται κριτική επισκόπηση του αντικειμένου των aνθρωπογενών εδαφικών ταλαντώσεων και ειδικότερα των ταλαντώσεων που προκαλούνται κατά την έμπηξη πασσάλων. Στη συνέχεια παρουσιάζονται αποτελέσματα μετρήσεων εδαφικών ταλαντώσεων οφειλόμενων σε δονητική έμπηξη μεταλλικών πασσαλοσανίδων σε θέσεις της πόλης των Πατρών. Με βάση τα αποτελέσματα των αναλύσεων προτείνεται εμπειρική σχέση εξασθένησης των ταλαντώσεων με την απόσταση. τέλος, η παρατηρηθείσα συμπεριφορά των γειτονικών κτιρίων και των ενοίκων τους συγκρίνεται με την αναμενόμενη συμπεριφορά που προδιαγράφεται από τους υφιστάμενους κανονισμούς.

ABSTRACT: Α crίtical reνiew is ρresented on the sυbject of man-made ground νibrations and in ρarticular of νibrations generated by pile driνing. Results of measurements are then presented of ground νibrations generated by νibratory sheetpile driνing in the city of Patras. Based on the results of analyses, an empirical relationship is proposed for the attenuation of ground νibration intensity with distance. Finally, the obserνed response of buildings located close to the source of νibrations and of their occυpants to the νibratory motion is compared to the proνisions of existing codes and standards.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Εδαφικές ταλαντώσεις είνα ι δυνατό να παραχθούν κάτω από τη δράση είτε φυσικών φαινομένων είτε ανθρώπινων δραστηριοτήτων

(aνθρωπογενείς ταλαντώσεις) . Μεταξύ των φυσικών φαινομένων οι σεισμοί αποτελούν την πλέον ενδιαφέρουσα πηγή εδαφικών ταλαντώ­σεων και είναι δυνατό να προκαλέσουν σοβαρές βλάβες στις κατασκευές καθώς και απώλεια ανθρώπινων ζωών. Από την άλλη πλευρά η ένταση των aνθρωπογενών ταλα­ντώσεων είναι γενικά μικρή (συγκρινόμενη με αυτή των σεισμικών ταλαντώσεων) και εξαρτάται από το είδος της πηγής. Τα σεισμικά κύματα που παράγονται κατά τις aνθρω­πογενείς ταλαντώσεις διαδίδονται στο έδαφος

και αλληλεπιδρούν με τη θεμελίωση των γειτονικών προς την πηγή κατασκευών. Η αλληλεπίδραση αυτή δημιουργεί ταλαντώσεις στην κατασκευή, οι οποίες είναι δυνατό να

γίνουν ενοχλητικές για τους ενοίκους ή και να

απειλήσουν τη λειτουργικότητα και ακεραι­ότητα της κατασκευής. Γ ια τους ανωτέρω λόγους οι aνθρωπογενείς εδαφικές ταλαντώ­σεις αποτελούν ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον θέμα

της Δυναμικής του Εδάφους και το αντικείμενο πολλών ερευνών κατά την τελευταία εικοσαετία (Dowding, 1996, Skipp, 1997). Οι έρευνες αυτές αφορούν μετρήσεις aνθρωπογενών εδα­φικών ταλαντώσεων καθώς και την καθιέρωση Κανονισμών ή Προδιαγραφών σχετικά με τις επιmώσεις τους στις κατασκευές και τους ενοίκους.

Αντικείμενο της παρούσας εργασίας απο­τελεί καταρχήν η σύντομη κριτική ανασκόπηση των διαθέσιμων στοιχείων για τις aνθρωπο­γενείς ταλαντώσεις και ειδικότερα των ταλα­ντώσεων που οφείλονται στην έμπηξη πασ­σάλων. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα απο­τελέσματα μετρήσεων εδαφικών ταλαντώσεων προκαλούμενων από την έμπηξη μεταλλικών πασσαλοσανίδων σε αστικό περιβάλλον. Οι μετρηθείσες τιμές στην επιφάνεια του εδάφους

65

και στους ορόφους πολυορόφων οικοδομών συσχετίζονται με τις παρατηρηθείσες επιπτώ­σεις σε οικοδομές και ενοίκους, συγκρίνονται

με τις προβλέψεις των υφισταμένων κανονι­

σμών και εξετάζεται ο βαθμός συμφωνίας

μεταξύ παρατηρηθεlσας και προβλεπόμενης συμπεριφοράς.

2. ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ

2.1 Ανθρωπογενείς Εδαφικές Ταλαντώσεις

Οι ανθρώπινες (ειρηνικές) δραστηριότητες που προκαλούν εδαφικές ταλαντώσεις είναι δυνατό

να διακριθούν σε τρεις κατηγορίες: 1) λειτουρ­γία μηχανών, 2) κυκλοφορία οχημάτων και 3) κατασκευαστική δραστηριότητα (Massarsch et al ., 1995). Η ένταση των aνθρωπογενών αυτών ταλαντώσεων είναι γενικά μικρή, συγκρινόμενη με την ένταση των σεισμικών ταλαντώσεων και στις περισσότερες περι­

πτώσεις δεν προκαλούνται σοβαρές βλάβες στις κατασκευές Τα αποτελέσματά περιορί­

ζονται συνήθως στη δημιουργία ρηγματώσεων αισθητικού χαρακτήρα στους τοίχους και στα

δάπεδα των οικοδομών και στην ενόχληση των ενοίκων τους οι οποίοι συνήθως καταφεύγουν σε δικαστικές αγωγές για μη-υπαρκτές δομικές βλάβες. Στην περίπτωση, εν τούτοις, των αμμωδών εδαφών, οι aνθρωπογενείς εδαφικές ταλαντώσεις είναι δυνατό να προκαλέσουν συμπύκνωση του εδάφους και καθίζηση των θεμελίων. Η καθίζηση αυτή ενδέχεται να προκαλέσει σοβαρές βλάβες στα φέροντα στοιχεία των οικοδομών ή των τεχνικών

έργων.

Η ένταση των aνθρωπογενών ταλαντώ­σεων περιγράφεται ποσοτικό με την ταχύτητα ταλάντωσης του εδάφους. Η επιλογή αυτή βασίζεται στη γνωστή και διαπιστωμένη συ­σχέτιση μεταξύ της ταχύτητας ταλάντωσης και της ανάπτυξης ρηγμότωσης. Η συσχέτιση αυτή εξηγείται θεωρητικό από το γεγονός ότι η εδαφική ανηγμένη παραμόρφωση είναι ανά­λογη της ταχύτητας ταλάντωσης (Dowding, 1996). Η ταχύτητα ταλάντωσης στο εξεταζό­μενο σημείο μετράται συνήθως κατά τρεις αμοιβαία ορθογώνιες διευθύνσεις από τις οποίες η μία είναι κατακόρυφη (συνιστώσα V). Οι δύο οριζόντιες διευθύνσεις επιλέγονται έτσι ώστε η μΙα να συμπfπτει με τη διεύθυνση πηγή-σημείο (ακτινική συνιστώσα R) και η

άλλη με την κάθετη προς την προηγούμενη

διεύθυνση (συνιστώσα η. Η ένταση της ταλάντωσης στο συγκεκριμένο σημείο χαρα­κτηρίζεται συνήθως με τη μέγιστη των κορυ-

66

φαfων τιμών των τριών συνιστωσών ή την κορυφαία τιμή της κατακόρυφης διεύθυνσης. Σε ορισμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται επίσης το μέτρο της διανυσματικής συνιστα­μένης των τριών συνιστωσών της ταχύτητας

ταλάντωσης ή και η τετραγωνική ρfζα του

αθροίσματος των τετραγώνων των τριών συνιστωσών (SRSS). Επισημαίνεται ότι ο

τελευταίος αυτός τρόπος προσδιορισμού της συνισταμένης ταχύτητας ταλάντωσης πρέπει να αποφεύγεται ως υπερβολικά συντηρητικός.

Οι εδαφικές ταλαντώσεις που προκαλούνται από κατασκευαστική δραστηριότητα έχουν αποτελέσει το αντικεfμενο εντατικής έρευνας

κατά τις τελευταfες δεκαετίες (Athanasoρoυlos and Pelekis, 2000). Οι συνήθεις κατασκευα­στικές δραστηριότητες περιλαμβάνουν τη χρήση εκρηκτικών για θρυμματισμό πετρω­μάτων, τη κατεδάφιση κτιρίων με εκρηκτικά, την έμπηξη πασσάλων στο έδαφος, τη δονητική ή δυναμική συμπύκνωση των

εδαφών, τη διαξαγωγή βαθειών εκσκαφών ή τη διάνοιξη σηράγγων σε έδαφος ή βράχους και γενικά την κατασκευαστική δραστηριότητα που διεξάγεται με μηχανικό εξοπλισμό. Η έμπηξη πασσάλων και πασσαλοσανίδων αποτελεί, πιθανόν, την πλέον συχνή πηγή εδαφικών ταλαντώσεων και για το λόγο αυτό σε αρκετές χώρες υφίσταται νομοθεσία (κανονισμοί) που καθορίζουν τα επιτρεπόμενα όρια των ταλαντώσεων αυτών.

2.2 Εδαφικές Ταλαντώσεις από Εμπηξη Πασσάλων

Η έμπηξη πασσάλων επιτυγχάνεται είτε με

δονητικούς είτε με κρουστικούς πασσαλοπή­κτες. Οι ταλαντώσεις που προκαλούνται κατά την έμπηξη των πασσάλων εξασθενούν όσο αυξάνεται η απόσταση από το σημείο έμπηξης. Η εξασθένηση αυτή είναι δυνατό να περιγραφεί με την Εξ 1 (Woods, 1997):

(1)

όπου ν=τιμή της ταχύτητας ταλάντωσης του εδάφους (συνήθως κατά την κατακόρυφη διεύθυνση), r = απόσταση από την πηγή (σημείο έμπηξης), m = συντελεστής εξασθέ­νησης και k=σταθερό

Στο Σχ. 1 παρουσιάζονται δημοσιευμένα

αποτελέσματα μετρήσεων εδαφικών ταλαντώ­

σεων από έμπηξη πασσαλοσανίδων με δονητικό πασσαλοπήκτη (Athanasopoυlos and Pelekis, 2000). Οι εμφανιζόμενες καμπύλες

έχουν προκύψει με βέλτιστη προσαρμογή στα

πειραματικά δεδομένα. Στο διάγραμμα του

Σχήματος 1 παρατηρείται ότι ο ρυθμός εξασθένησης της έντασης των ταλαντώσεων (κλίση των καμπυλών) δεν διαφέρει σημαντικά στις εμφανιζόμενες περιπτώσεις. Η κατακό­

ρυφη θέση, εν τούτοις, των καμπυλών

εξαρτάται από την ενέργεια έμπηξης, Ε0, και το είδος του πασσάλου και του εδάφους. Οι

Attewell and Farmer (1973) με σκοπό την κανονικοποίηση και ενοποίηση διαγραμμάτων

όπως αυτά του Σχήματος 1, έχουν προτείνει τη χρήση εμπειρικών σχέσεων εξασθένησης στις οποίες λαμβάνεται υπόψη και η κινητική

ενέργεια έμπηξης:

ν= 0.75· .JE: Γ

(2)

όπου : ν= μέση τιμή κορυφαίας κατακόρυφης ταχύτητας ταλάντωσης (mm/sec}, r=απόσταση από την πηγή ταλάντωσης (m) και Ε0 =κινητική ενέργεια έμπηξης (Nm). Η Εξ. 2 τροποποιήθηκε μεταγενέστερα (Attewell et al., 1992) στη μορφή:

Ιοgν, = -0.073+1 .38 · 1ogJζ - 0.234·1oif Jζ (3) Γ Γ

..-.. u Q) IJ) --Ε Ε

> 10 v. C" b 3 .... > ·σ -< σ .... σ .... C" ....

·:::> χ

σ ..__

0.1 1

'

όπου: ν , = μέση τιμή + μία τυπική απόκλιση της ταχύτητας ταλάντωσης (mm/sec), r=απόσταση από την πηγή ταλάντωσης, (m) και Ε0 =κινητική ενέργεια έμπηξης, (Ν m).

Τιμές της ταχύτητας ταλάντωσης υπολο­

γισμένες από την Εξ. 3 (για ε.νέργεια έμπηξης κυμαινόμενη από 900 έως 5000Nm), παρουσιάζονται στο διάγραμμα του Σχήματος

1. Παρατηρείται ότι η ένταση των ταλαντώ­σεων που προβλέπεται από την Εξ. 3 (η οποία αποτελεί άνω όριο) δε διαφέρει σημαντικά από

τις μετρηθείσες τιμές οι οποίες αποτελούν μέσες τιμές κάτω από συνθήκες δυσχερούς διείσδυσης των πασσαλοσανίδων.

2.3 Επιτρεπόμενες Τιμές Εδαφικών Ταλαν­τώσεων

Κατά την τελευταία εικοσαετία έχει συνταχθεί ένας αριθμός Κανονισμών ή Προδιαγραφών που καθορίζουν επιτρεπόμενες τιμές ταχυτή­των των aνθρωπογενών ταλαντώσεων. Οι

επιτρεπόμενες αυτές τιμές αποτελούν οριακές τιμές η υπέρβαση των οποίων ενδέχεται να οδηγήσει στην ανάπτυξη ρηγμάτωσης στις κατασκευές ή ενόχληση στους ανθρώπους.

' '

10 100

Απόσταση από την πηγή , r (m)

Σχήμα 1. Εξασθένηση εδαφικών ταλαντώσεων προκαλούμενων από δονητική έμπηξη πασσα­λοσανίδων με την απόσταση από την πηγή

Figure 1. Attenuation of νibratίons with distance for νibratory sheetpile driνing

67

Σύμφωνα με τον Dowding (1996) είναι δυνατό να διακριθούν τρεις διαφορετικές κατηγορίες ρηγμάτωσης οικοδομικών έργων: 1) ρηγμάτωση αισθητικού χαρακτήρα (δ ιεύ­

ρυνση παλαιών ρωγμών, δημιουργία νέων ρωγμών στα επιχρίσματα, μικρομετακίνηση χαλαρών δομικών στοιχείων), 2) ρηγμάτωση αρχιτεκτονικού χαρακτήρα ή ελαφρές βλάβες

(θραύση παραθύρων, αποκόλληση κονιαμά­των, τριχοειδής ρηγμάτωση τοιχοποιιών) και 3) δομική ρηγμάτωση ό σοβαρές βλάβες που

προκαλούν σοβαρή εξασθένηση του κτιρίου (μεγάλες ρωγμές, μετακίνηση θεμελίωσης, σημαντική καθίζηση, απόκλιση τοίχων από την

κατακόρυφο). Ο Skipp (1997) παρουσίασε πρόσφατα

σύντομη επισκόπηση των επιτρεπομένων τιμών έντασης aνθρωπογενών εδαφικών ταλαντώσεων σύμφωνα με τους κανονισμούς διαφόρων χωρών. Στους περισσότερους κανονισμούς η ένταση των ταλαντώσεων περιγράφεται με την ταχύτητα ταλάντωσης

(συνήθως η μέγιστη τιμή συνιστώσας) η οποία μετράται στην επιφάνεια του εδάφους σε μικρή απόσταση από το κτίριο . Οι επιτρεπόμενες

τιμές (αποφυγή ρηγμάτωσης αισθητικού χαρακτήρα) στους κανονισμούς αυτούς κυμαίνονται από 3mm/sec (παλαιές και μικρές κατοικίες) έως 70mm/sec (μεγάλα εμπορικά ή βιομηχανικά κτίρια) . Η αντίστοιχη περιοχή συχνοτήτων είναι 1OHz έως 60Hz.

Ορισμένοι Κανονισμοί και Προδιαγραφές βασίζονται σε διαγράμματα τα οποία παρέχουν τις επιτρεπόμενες τιμές της ταχύτητας ταλάν­τωσης ως συνάρτηση της συχνότητας (περιοχή από 1Hz έως 100Hz). Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται οι κανονισμοί των Η.Π .Α. (U.S. OSM), Γερμανίας (DIN), Βρετανίας (BSI) και Ελβετίας (SN) (Athanasopoulos and Pelekis, 2000). Οπως φαίνεται στο διάγραμμα του Σχήματος 2 οι επιτρεπόμενες τιμές της έντασης της ταλάντωσης αυξάνονται με τη

συχνότητα ταλάντωσης και εξαρτώνται από τον τύπο και την ποιότητα της κατασκευής. Σημειώνεται ότι οι χαμηλές επιτρεπόμενες

τιμές του DIN δε βασίζονται σε παρατη­ρηθείσες ρηγματώσεις κτιρίων αλλά μάλλον αποτελούν οριακές τιμές για την ενόχληση

ανθρώπων (Dowding, 1996). Οι οριακές τιμές της ταχύτητας που

ορίζονται στο Σχήμα 2 έχουν προκύψει από παρατηρήσεις βλαβών οφειλομένων στην άμεση επίδραση των εδαφικών ταλαντώσεων. Στην περίπτωση έμπηξης πασσάλων, είναι γνωστό ότι οι άμεσες επιδράσεις των εδαφικών ταλαντώσεων περιορίζονται σε απόσταση ,

68

u

~ Ε

SH&40312(f) ~ΟWιόΑ «ιmOI*Oartpo (11) κ,ρφ.ο ο"λιΟμ(νοιy οauροδιμςnΟ( (ΜΙ)· ~ιοιχοnΜ:ι

(IVI Μνιψdο 4 ι-..οιιοtιrrο ιrfριο

ο

ο

ο

1~----------~--~~------~ 1 10 10!

Συχνότητα, Hz:

Σχήμα 2. Σύγκριση επιτρεπομένων τιμών έντασης ταλαντώσεων (κριτήριο βλαβών)

Figυre 2. Comparison of νarious threshold νibration criteria for structural damage

περίπου, ίση με το μήκος του πασσάλου από

το σημείο έμπηξης (Dowding, 1996; Woods, 1997). Πολύ σοβαρότερες δομ ικές βλάβες είναι δυνατόν, εν τούτοις, να προκύψουν στην περίmωση αμμωδών ή ιλυωδών εδαφών οφειλόμενες στην ανάπτυξη καθιζήσεων λόγω δονητικής συμπύκνωσης του εδάφους. τέτοιες

βλάβες έχουν παρατηρηθεί ακόμη και σε απόσταση 400m από το σημείο της έμπηξης (Woods, 1997). Στη βιβλιογραφία αναφέρονται αρκετές περιπτώσεις στις οποίες αναπτύ­χθηκαν σημαντικές καθιζήσεις κατασκευών οφειλόμενες στην έμπηξη πασσάλων ή πασσαλοσανίδων (Athanasopoulos and Pelekis, 2000). Σε ορισμένες από αυτές τις περιπτώσεις οι καθιζήσεις αναπτύχθηκαν κάτω από πολύ μικρή ένταση ταλαντώσεων (ν<2mm/sec) και μάλιστα μικρότερη από τα

επιτρεπόμενα όρια που ορίζονται στο Σχήμα 2 με βάση την άμεση επίδραση των ταλαντώσεων. Αξίζει να σημειωθεί ότ ι σημαντική έρευνα διεξάγεται τελευταία για την ανάπτυξη μεθόδων πρόβλεψης εδαφικών καθιζήσεων οφειλόμενων σε εδαφικές ταλαντώσεις (Drabkin and Lacy, 1998).

Για την επίδραση των aνθρωπογενών ταλαντώσεων επάνω στους ανθρώπους έχουν επίσης συνταχθεί κανονισμοί και προδιαγρα­φές που καθορίζουν οριακές τιμές οι οποίες εξαρτώνται από τη συχνότητα ταλάντωσης και τη διάρκεια έκθεσης. Οι οριακές αυτές τιμές ταλαντώσεων εκφράζονται ως κορυφαίες τιμές της επιτάχυνσης, ή της ταχύτητας ή της μετακίνησης της ταλάντωσης (Athanasopoulos and Pelekis, 2000). Στο Σχήμα 3 παρουσιά-

ζονται και οι προτεινόμενες οριακές τιμές της

έντασης συνεχών ταλαντώσεων κατά τους κανονισμούς BSI και ANSI (ο κανονισμός ANSI ταυτίζεται με τον ISO) οι οποίες αντιστοιχούν σε διάφορους βαθμούς ενόχλησης ανθρώπων.

Παρατηρείται ότι οι οριακές τιμές (εκφραζό­μενες ως τιμές ταχύτητας ή μετακίνησης της ταλάντωσης) μειώνονται όσο αυξάνει η συχνότητα ταλάντωσης.

3. ΜΕτΡΗΣΕΙΣ ΕΔΑΦΙΚΩΝ ΤΑΜΝΤΩΣΕΩΝ

Οι μετρήσεις των εδαφικών ταλαντώσεων της παρούσας έρευνας διεξήχθησαν κατά την έμπηξη (με δονητικό πασσαλοπήκτη) μεταλλι­κών πασσαλοσανίδων σε θέσεις του κεντρικού τμήματος της Πάτρας. Το πρόγραμμα των μετρήσεων είχε ως σκοπό τον έλεγχο των

αναπτυσσομένων εδαφικών ταλαντώσεων για

την έγκαιρη διαπίστωση δυσμενών επιπτώ­σεων στην ακεραιότητα των γειτονικών οικοδομών και την ενόχληση των ενοίκων τους . Οι μετρήσεις διεξήχθησαν σε μεταβαλ­λόμενες αποστάσεις από το σημείο έμπηξης καθώς και στο δάπεδο του ισογείου των οικοδομών. Με αφορμή τις διαμαρτυρίες αρκετών ενοίκων των ανωτέρων ορόφων των οικοδομών αυτών λόγω των προκαλούμενων ταλαντώσεων, μετρήσεις κατακορύφων, κυρίως, ταλαντώσεων διεξήχθησαν και στους

ανώτερους ορόφους.

3.1 Χρησιμοποιηθείς Εξοπλισμός

ΔΥ~

~ .. •

(Ο) 10 • ..__ __ ..___~...ι

10° 10' 102

ΜΟΝΙΜΕΣ ΤΑΜΝΤΩΣΕΙΣ

10' ΠΟΛΥ fΝΟΧΛΗΤΙΚΕΣ

Οι μετρήσεις εδαφικών ταλαντώσεων της

παρούσας έρευνας διεξήχθησαν με χρήση κατακορύφων και οριζοντίων γεωφώνων με φυσική συχνότητα 2Hz. Σε κάθε θέση οι μετρήσεις επραγματοποιούντο με σύστημα

τριών γεωφώνων τοποθετούμενων έτσι ώστε να μετρούν την ταχύτητα ταλάντωσης κατά τις διευθύνσεις V, R και Τ. Τα γεώφωνο ήταν συνδεδεμένα σε φορητό προσωπικό υπο­λογιστή (notebook) εξοπλισμένο με κάρτα συλλογής δεδομένων και εφοδιασμένο με

λογισμικό κατάλληλο για την καταγραφή και επεξεργασία ψηφιακών σημάτων.

3.2 Αποτελέσματα Μετρήσεων

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μετρήσεων aνθρωπογενών ταλαντώσεων οφειλόμενων στη δονητική έμπηξη πασσαλοσανίδων σε 9 θέσεις της Πάτρας. Στον Πίνακα 1 συνοψίζονται οι μετρηθείσες τιμές της ταχύτητας ταλάντωσης στην επιφάνεια του οδοστρώματος ή του πεζοδρομίου (κορυφαία τιμή συνιστώσας) σε

μικρή απόσταση από την πηγή (στήλη 6), εξωτερικά και σε μικρή απόσταση από το εξεταζόμενο κτίριο (στήλη 7), στο δάπεδο του ισογείου (στήλη 8) και στα πατώματα ανωτέρων ορόφων του κτιρίου (στήλη 9). Δίνονται επίσης στοιχεία για τη συχνότητα των

μετρηθεισών ταλαντώσεων, τον τύπο της εμπηγνυόμενης πασσαλοσανίδας και της δονητικής σφύρας και τέλος για την εδαφική στρωματογραφία στη θέση των μετρήσεων.

ΜΕτΑθΑτΙΚΕΣ ΤΑΜΝΤΩΣΕΙΣ

ΟΔΥΝΗΡΕΣ

ΕΝΤΟΝΑ ANfiΛHmEΣ

ΑΝτιΛΗΠΤΕΣ

ΕΜΦΡΑ ΑΝΤΙΛΗΠΤΕΣ

ΜΗ·ΑΝτtΛΗΠΤΕΣ

(β)

10

Συχνότητα, Hz Συχνότητα, Hz Συχνότητα , Hz

Σχήμα 3. Οριακές τιμές έντασης ταλαντώσεων που αντιστοιχούν σε διάφορους βαθμούς ενό­χλησης ανθρώπων ως συνάρτηση της (α) επιτάχυνσης, (β) ταχύτητας και (γ) μετακίνησης

Figure 3. Threshold νibration criteria for νarious degrees of human discomfort in terms of: (a) accelaration; (b) νelocity; (c) displacement of νibrations

69

Αξίζει να σημειωθεί ότι σε όλες, σχεδόν, τις θέσεις των μετρήσεων η μέγιστη ένταση της εδαφικής ταλάντωσης καταγράφηκε κατά την κατακόρυφη διεύθυνση (V).

3.3 Ανάλυση των Αποτελεσμάτων

Η ανάλυση των αποτελεσμάτων περιέλαβε καταρχή τη σύνθεση των τροχιών μετακίνησης

των ταλαντούμενων σημείων με βάση τις καταγραφείσες συνιστώσες κατά τις διευθύν­σεις V, R και Τ. Τα αποτελέσματα της σύνθεσης έδειξαν ότι η συνιστώσα-Τ της

κ ίνησης ήταν γενικά πολύ μικρή σε όλες τις περιπτώσεις και οδηγούν στο συμπέρασμα ότι

η κίνηση των σημείων της επιφάνειας του εδάφους παρουσιάζει τα χαρακτηριστικά των κυμάτων Rayleigh , δηλαδή περιλαμβάνει τόσο κατακόρυφη όσο και οριζόντια (ακτινική)

συνιστώσα. Σε μεγάλη απόσταση από την

πηγή η οριζόντια συνιστώσα γίνεται πολύ μικρή και τελικά κυριαρχεί η κατακόρυφη συνιστώσα.

Τα αποτελέσματα όλων των μετρήσεων της παρούσας έρευνας παρουσιάζονται στο διά­

γραμμα του Σχήματος 4 με τη μορφή της σχέσης κορυφαία τιμή συνιστώσας-απόσταση

σε λογαριθμικούς άξονες . Η καμπύλη βέλτιστης προσαρμογής περιγράφεται από την

Εξ. 4:

ν= 32·(1·5 (4)

όπου: ν=μέση τιμή ταχύτητας ταλάντωσης, (mm/sec) και r:::απόσταση , (m)

Αξίζει να σημειωθεί ότι η τιμή του συντελεστή εξασθένησης, m, προέκυψε ίση με 1.5, σε συμφωνία με την τιμή που προτείνεται

από τον Woods (1997). Στο διάγραμμα του Σχήματος 4 περιλαμβάνεται και καμπύλη

Πίνακας 1. Στοιχεία για τις μετρήσεις ταλαντώσεων λόγω δονητικής έμπηξης πασσαλοσανίδων Table 1. f Detai ls ο νibration measu rements at sίtes of sheet :>ile driνing

:r Τύπος Ταχύτητα ταλάντωσης. (mm/sec) κσι απόσταση .....

Εδαφικές Συνθήκες Τύπος

Δονητικής Συχνότητα

w nσσσσλοσσνlδας (Hz) Πλησίον Εξωτερικά Ισόγειο

Ανώτεροι Θ Σφύρσς πηγής του κτιρίου ορόφοι

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

Μπάζα (0-3.0m), αμμώδης ιλύς 7.0 0.45

Α (3.0-β.Οm) και άργιλος χαμηλής LARSSEN 111 neυ MGF 13 (0.20m) (21.0m) 0.70 1.8 (3"") πλαστικότητας (8.0-16m). (μήκος= 7m) RBH 60Μ

(οδόστρωμα) (πεζοδρόμιο) (30.0m)

(φρεάτιος ορίζοντας: -1.0m)

Αργιλώδης άμμος (G-3.5m), ARBED Ρυ16 5.3 4.0 1.0 Β αμμώδης ιλύς (3.5-16.0m).

(μήκος = 1Om) MS- 5Η4 23 (1.50m) (6.80m) (10.0m) (φρεάτιος ορlζοντσς: -3.0m) (οδόστρωμα) (πεζοδρόμιο)

Αργιλος (0-1.5m), άμμος με ιλύ, 15.0 5.5 c άργιλο κσι χάλικες (1.5-4.0m), LARSSEN 111 neu MGF 20 (1.60m) (3.60m)

1.8 ιλυώδης άμμος (4.0-B.Om). (μήκος= βm) RBH 60Μ (7.50m) (φρεάτιος ορίζοντας: -3.0m) (οδόστρωμα) (πεζοδρόμιο)

Αμμώδης άργιλος, αμμώδης ιλύς LARSSEN 22 ABI 25.0 2.2 4.0 D (0-β.Οm), ιλυώδης άμμος (8.0- ).

(μήκος = βm) RE 10000/3 40 (150m) (5.50m)

(8.50m) 7.0 (1"")

(φρεάτιος ορίζοντας: -3.0m) (οδόστρωμα) (πεζοδρόμιο)

Μπάζα (0.0-1 .0m), ιλυώδες αμμο-χάλικο (1 0-3.0m), αμμώδης ιλύς LARSSEN 111 neu MGF 10.0 7.5 1.4

Ε (3.0-4.5m), άργιλος χαμηλής πλα-(μήκος= 8m) RBH 60Μ 25 (1.80m) (340m) (7.0m) -

στικότητσς (4.5- ). (οδόστρωμσ) (πεζοδρόμιο) (φρεάτιο< ορίlοντσc: -1.0m)

Αμμώδης άργιλος, αμμώδης ιλύς LARSSEN 111 neu 6.0 6.0 1.4 2.0 (1"") F (0-β.Οm), ιλυώδης άμμος (8.0- ).

(μήκος= 1m) ICE416 17 (5.15m) (3.60m) (90m) 10.0 (4"") (φρεάτιος ορίζοντας: -3.0m) (πεζοδρόμιο) (πεζοδρόμιο)

Αργιλώδη μπάζα (0-2.0m). χάλι- 5.0 20.0 G κες (2.0-3.5m), ιλυώδες σμμοχά- LARSSEN 111 neu MGF 21 (3.90m) (4.40m) 2.0

λικο (3.5-5.5m), άργιλος (5.5- ). (μήκος = βm) RBH 60Μ (5.50m) (φρεά τιος ορίζοντας: -2.0m) (οδόστρωμα) (πεζοδρόμιο)

LARSSEN 111 neυ 6.05 1.25 0.51 0.64 (1"") Η Οπως στη θέση F

(μήκος= βm) ICE 416 16 (2.40m) (1 1.40m) (13.40m) 1.10 (5"")

(οδόστρωμα) (πεζοδρόμιο) 2.85 (7"")

LARSSEN 111 neυ ABI 35.0 4.1 2.05 (2"") I Οπως στη θέση F

(μήκος= Bm) RE 10000/3 24 (1 .0m) - (70m) 1.55 (4"") (οδόστρωμα) 2.40 (6"")

70

προσαρμογής "άνω ορίου" η οποία περιγρά­φεται από την Εξ. 5:

(5)

όπου: νub=άνω όριο της κορυφαίας ταχύτητας συνιστώσας (mm/sec).

Στο Σχήμα 1 συγκρίνονται οι καμπύλες εξασθένησης που προέκυψαν από την παρούσα έρευνα με τα αποτελέσματα άλλων ερευνητών και παρατηρείται ότι υπάρχει γενικά

καλή συμφωνία όσον αφορά το ρυθμό εξασθένησης. Η ένταση όμως των καταγρα­

φεισών ταλαντώσεων της παρούσας έρευνας είναι γενικά μικρότερη συγκρινόμενη με τα δημοσιευμένα αποτελέσματα. Η μικρότερη αυτή ένταση πιστεύεται ότι οφείλεται στις χαμηλότερες τιμές της κινητικής ενέργειας έμπηξης της παρούσας έρευνας και στην παρουσία των σχετικά μαλακών εδαφικών σχηματισμών.

Με βάση τις ανωτέρω παρατηρήσεις συμπεραίνεται ότι για σχετικά μικρές αποστά­σεις από το σημείο έμπηξης μπορεί να

χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της εξασθένησης των εδαφικών ταλαντώσεων με την απόσταση ο συντελεστής m= 1.5. Για τον

υπολογισμό όμως της απόλυτης τιμής της έντασης σε δεδομένο σημείο, είναι αναγκαία η,

έστω και προσεγγιστική , γνώση της κινητικής ενέργειας που χρησιμοποιείται για την έμπηξη.

~ rn Ε Ε ..;. C' ο 3 '> ·Ο < ο .. ο .. C' .. ·::> χ

~

10 ,;, . ..~

• Οδόοφωμα

• ΠεζοδρόμlΟ • Ισόγειο

-Μtοηημη

·- ---· Αvω όριο

· ... ~ .•· .... • .. .... \

\._ . \

• • •

.. \

\ . ·~ Δονητικός πασσαλοπήκτης

Ο . 1 Ε,=1000 to 3000 Nm

1 10 100

Απόσταση, m Σχήμα 4. Αποτελέσματα των μετρήσεων εδα­φικών ταλαντώσεων της παρούσας έρευνας Figυre 4. Results of ground νibration meause­rements of the present study

3.4 Επίδραση των Ανθρωπογενών Ταλαν­τώσεων στις Κατασκευές και στους Ανθρώπους

Οι εδαφικές ταλαντώσεις που μετρήθηκαν στην παρούσα εργασία είναι δυνατό να συσχετι­σθούν με την παρατηρηθείσα καθώς και την προβλεπόμενη από τους κανονισμούς συμπε­ριφορά των γειτονικών κατασκευών. Οι μετρη­θείσες τιμές της ταχύτητας ταλάντωσης του εδάφους στο εξωτερικό των κτιρίων έχουν

σχεδιασθεί στο διάγραμμα των κριτηρίων aστοχίας του Σχήματος 2 ως συνάρτηση των αντιστοίχων τιμών της συχνότητας ταλάν­

τωσης. Παρατηρείται ότι σε όλες τις περιπτώ­σεις η ένταση των μετρηθεισών εδαφικών ταλαντώσεων είναι μικρότερη ή ίση των

επιτρεπομένων τιμών που αντιστοιχούν σε σύγχρονες κατασκευές.

Αξίζει να σημειωθεί ότι στη θέση G, στην οποία η μετρηθείσα τιμή της ταχύτητας ταλάντωσης είναι V=20mm/sec (οπότε δεν αναμένεται η εκδήλωση βλαβών λόγω ταλαντώσεων) , ε μφανίσθηκαν ρηγματώσεις αρχιτεκτονικού χαρακτήρα στις οπτοπλινθο­δομές τριορόφου κτιρίου οπλισμένου σκυροδέ­ματος καθώς και καθίζηση/ρηγμάτωση του πεζοδρομίου του κτιρίου . Εκτιμάτα ι ότι οι βλάβες αυτές είναι αποτέλεσμα της συμπύ­κνωσης των αμμωδών εδαφικών υλικών που συναντώνται σε βάθος 2.0m έως 5.5m, στη θέση αυτή . Γίνετα ι επομένως φανερό ότι στην περίπτωση των αμμωδών εδαφών είναι επιβεβλημένος ο ιδιαίτερος έλεγχος της πιθανότητας εμφάνισης βλαβών λόγω δονητικής συμπύκνωσης του εδάφους.

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων των κατακορύφων ταλαντώσεων των πατωμάτων των διαφόρων ορόφων κτιρίων γειτονικών στις θέσεις έμπηξης των πασσαλοσανίδων, δίνουν τη δυνατότητα ελέγχου της αξιοπιστίας των κριτηρίων της ανθρώπινης ευαισθησίας σε κατακόρυφες ταλαντώσεις. Στο διάγραμμα του Σχήματος 3 έχει γίνει υπέρθεση των τιμών της ταχύτητας ταλάντωσης λαμβάνοντας υπόψη τις αντίστοιχες τιμές των συχνοτήτων. Παρατη­ρείται ότ ι σύμφωνα και με τα τρία κριτήρια ταξινόμησης -επιτάχυνση, ταχύτητα, μετακί­νηση- η ένταση των ταλαντώσεων στους ανώτερους ορόφους των κτιρίων είναι τέτοια ώστε να χαρακτηρίζεται ως δυσάρεστο, ενοχλητική και ενδεχομένως ανυπόφορη ή οδυνnρό . Οι συγγραφείς της παρούσας εργασίας εδοκίμασαν την εμπειρία των ταλαντώσεων αυτών κατά τη διάρκεια των μετρήσεων και είναι σε θέση να επιβεβαιώ-

71

σουν την αξιοπιστία των κριτηρίων ενόχλησης. Η αξιοπιστία των κριτηρίων αυτών επιβεβαι­ώνεται επίσης από τις συχνές διαμαρτυρίες και διατύπωση παραπόνων από τους ενοίκους των συγκεκριμένων κτιρίων .

4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Με βάση τα αποτελέσματα των μετρήσεων της παρούσας έρευνας είναι δυνατό να διατυπω­

θούν τα ακόλουθα συμπεράσματα :

α . Κατά τη δονητική έμπηξη μεταλλικών πασσαλοσανίδων οι υπολογισθείσες

τροχιές των ταλαντουμένων σημείων του

εδάφους υποδεικνύουν τη διάδοση επιφανειακών κυμάτων Rayleigh με μικρού πλότους οριζόντια συνιστώσα κατά την

ακτινική διεύθυνση (R). β. Η τιμή του συντελεστή εξασθένησης m της

Εξ. 5 προέκυψε ίση με 1.5 σε συμφωνία με τιμές δημοσιευμένες από άλλους ερευ­νητές.

γ . Οι τιμές της έντασης των εδαφικών ταλαντώσεων που μετρήθηκαν στην παρούσα εργασία είναι γενικά μικρότερες από αντίστοιχες δημοσιευμένες τιμές. Η διαφοροποίηση ενδέχεται να οφείλεται σε διαφορετικές τιμές της ενέργειας έμπηξης και σε διαφορετικές εδαφικές συνθήκες.

δ. Τα υφιστάμενα κριτήρια aστοχίας κάτω από την άμεση επίδραση των aνθρωπογενών ταλαντώσεων, δεν εξασφαλίζουν την αποφυγή βλαβών στην περίπτωση συμπυ­

κνώσιμων χαλαρών αμμωδών εδαφών. Στην περίπτωση αυτή απαιτείται ιδιαίτερος έλεγχος ενδεχομένων βλαβών λόγω καθι­ζήσεων της θεμελίωσης του επηρεαζομέ­νου κτιρίου.

ε. Τα κριτήρια της ανθρώπινης ευαισθησίας σε ταλαντώσεις τα οποία ορίζονται από

υφιστάμενες προδιαγραφές, φαίνεται να ταξινομούν με αξιοπιστία το βαθμό ενόχλησης και είναι δυνατό να χρησιμο­ποιηθούν για τον έλεγχο των ανεπιθυμή­των ταλαντώσεων.

ΕΥΧΑΡΙΠΙ ΕΣ

Οι συγγραφείς εκφράζουν τις ευχαριστίες τους προς τη ΔΕΥ Α Πάτρας για την ανάθεση του προγράμματος των μετρήσεων της παρούσας

72

έρευνας. Ευχαριστίες εκφράζονται επίσης και

προς τις Μπέτυ Μπάκου, Πολιτικό Μηχανικό και Βάλια Ξενάκη, Πολιτικό Μηχανικό και Μεταπτυχιακή Φοιτήτρια του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου

Πατρών για τη συμβολή τους στη διεξαγωγή των επι-τόπου μετρήσεων.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Athanasoρoulos, G.A. and Pelekis, P.C. (2000), "Ground Vibrations from Sheetpile Driνing in Urban Enνironment: Measurements, Analysis and Effects on Bυildings and Occupants", Soil Dynamics and Earthquake Engineering , Vol. 19, Νο.

5, ρρ.371-387, Elseνier. Attewell Ρ. Β., Selby Α. R. and Ο' Donnell L.,

"Estimation of ground νibration from driνen piling based on statistical analyses of recorded data", Geotechnical and Geological Engineering, 10, 41 -59, 1992

Attewell , Ρ. Β. and Farmer, Ι . W ., "Attenuation of ground νibrations from pile driνίng", Ground Engineering, 63(7), 26-29, 1973

Dowding, C. Η ., "Construction νibrations", Prentice Hall, Upper Saddle Riνer, NJ, 1996.

Drabkin, S. and Lacy, Η., "Prediction of settlements of structures due to pile driνing". Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics 111 , ASCE, GSP Νο. 75 (Ρ. Dakoulas, Μ . Yegian and Β. Holtz, Eds.), Vol. 2, 1496-1506, 1998

Massarsch, Κ. R., Madshus, C. and Bodare, Α. , "Engineering Vibrations and solutions", Proceedings: Third lnternational Conference on Recent Adνances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, St. Louis, ΜΟ (S. Prakash, Ed.), Vol. 111, 1349-1353, 1995

Skίpp, Β. Ο. . "Ground νibratίon-codes and standards", Proc. Conference on Ground Dynamics and Man-made Processes, lnstitution of Ciνil Engineers, London, 1997

Woods, R. D., " Dynamίc effects of pile installations on adjacent structures", NCHRP 253. Transportation Research Board, National Academy Press, Washington D. C. 1997, 86 p.