ΙΝΟΠΛΙΣΜΕΝΟ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑ ΥΠΕΡΥΨΗΛΗΣ ΑΝΤΟΧΗΣ
ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΜΑΝΔΥΩΝ ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΚΤΙΡΙΩΝ ΧΩΡΙΣ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΣΥΜΒΑΤΙΚΟΥ ΧΑΛΥΒΑ
Αλέξανδρος - Δημήτριος Τσώνος, Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Καθηγητής, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
Χριστίνα Αθανασιάδου, Δρ. Πολιτικός Μηχανικός, Επίκ. Καθηγήτρια, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης
Λέξεις κλειδιά: Ινοπλισμένο σκυρόδεμα υπερυψηλής αντοχής, μανδύες, αντισεισμική ενίσχυση, κτίρια από οπλισμένο σκυρόδεμα
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Παρουσιάζεται για πρώτη φορά διεθνώς ένας νέος καινοτόμος τρόπος αντισεισμικής ενίσχυσης κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα ο οποίος συνίσταται στην κατασκευή μανδυών από ινοπλισμένο σκυρόδεμα υπερυψηλής αντοχής χωρίς τη χρήση συμβατικού χάλυβα που απαιτείται στην κατασκευή των συνήθων μανδυών Ο/Σ. Από την πειραματική έρευνα προέκυψε ότι οι νέοι μανδύες βελτιώνουν κατά πολύ τη σεισμική συμπεριφορά των δομικών στοιχείων ενώ φαίνεται να είναι τουλάχιστον εξίσου αποτελεσματικοί με τους μανδύες από οπλισμένο σκυρόδεμα και τους μανδύες από σύνθετα υλικά FRPs. Επίσης, από συγκριτικά στοιχεία κόστους, φαίνεται ότι είναι και πολύ φθηνότεροι.
1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Μετά από ένα ισχυρό σεισμό πραγματοποιούνται στα βλαβέντα κτίρια επισκευές και ενισχύσεις που έχουν συνήθως τη μορφή μανδυών διαφόρων μορφών. Από την άλλη, είναι γνωστό ότι οι εργασίες ενίσχυσης των κτιρίων έχουν ιδιαίτερα υψηλό κόστος και μεγαλύτερη δυσκολία κατασκευής συγκριτικά με τις τρέχουσες εργασίες ανέγερσης οικοδομών.
Για την επιλογή της πιο κατάλληλης μεθόδου αντισεισμικής επέμβασης, πέραν της αποτελεσματικότητας στη βελτίωση της σεισμικής συμπεριφοράς, σημαντικό ρόλο παίζουν και δύο επιπλέον παράγοντες: η απλότητα εφαρμογής και το κόστος.
Με βάση τα προηγούμενα, παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον η δημιουργία ενός τύπου ενίσχυσης του σκελετού από οπλισμένο σκυρόδεμα με σεισμική συμπεριφορά που να ικανοποιεί όλες τις απαιτήσεις των κανονισμών και ταυτόχρονα απλού στην κατασκευή και με μικρότερο κόστος σε σχέση με τα συνήθη. Ένα τέτοιο σύστημα αντισεισμικής ενίσχυσης είναι προφανές ότι θα ήταν ιδιαίτερα ανταγωνιστικό μεταξύ όλων των υπολοίπων.
Το 1977 ο Henager, με τη χρήση μόνον ινοπλισμένου σκυροδέματος, χωρίς την παρουσία συνδετήρων, σε μια περιοχή που περιλαμβάνει τον κόμβο και τμήματα των κρίσιμων περιοχών των υποστυλωμάτων και της δοκού δοκιμίου δοκού-υποστυλώματος, επιτυγχάνει καλύτερη σεισμική συμπεριφορά από αυτήν όμοιου κατά τα άλλα δοκιμίου αλλά με συμβατική όπλιση (συνδετήρες) και συμβατικό σκυρόδεμα. Έτσι καταφέρνει, με την παρουσία των χαλύβδινων ινών σε ποσοστό 1.67% κατ' όγκο, να υποκαταστήσει τον οπλισμό συνδετήρων στις κρίσιμες αυτές περιοχές και να μειώσει το κόστος της κατασκευής του ινοπλισμένου δοκιμίου κατά 50% περίπου σε σχέση με αυτό του συμβατικά οπλισμένου.
Το ινοπλισμένο σκυρόδεμα, απλό ή εκτοξευόμενο, χρησιμοποιείται σήμερα σε πολλές εφαρμογές, καταργώντας ή μειώνοντας το συμβατικό οπλισμό και επιτυγχάνοντας σημαντική μείωση του κόστους της κατασκευής. Οι επενδύσεις με ινοπλισμένο εκτοξευόμενο σκυρόδεμα αποδείχτηκε ότι δεν υστερούν, ούτε κατά την αντοχή ούτε κατά την πλαστιμότητα, από τις συμβατικές λύσεις επενδύσεων. Ακόμη και ένα σχετικά χαμηλό ποσοστό περιεκτικότητας ινών, της τάξης του 0.5% κατ' όγκον, έχει αποτελέσματα συγκρίσιμα με την όπλιση με διπλό πλέγμα (Τέγος 1995, AC I 506R-90 1995). Εκτιμήθηκε ότι η κατασκευή μιας επένδυσης πάχους 100 m m από σύνηθες εκτοξευόμενο σκυρόδεμα με μονό πλέγμα κοστίζει δύο φορές περισσότερο από τη λύση του ινοπλισμένου εκτοξευόμενου σκυροδέματος με το ίδιο πάχος (Τέγος 1995).
Ενώ είναι γνωστά τα πλεονεκτήματα του ινοπλισμένου σκυροδέματος, εν τούτοις δεν έχει βρεθεί μέχρι σήμερα, παρά τις σχετικές προσπάθειες, ένας αξιόπιστος τρόπος εφαρμογής του στις επισκευές και ενισχύσεις κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα, ο οποίος να μειώνει αισθητά ή και να καταργεί το συμβατικό οπλισμό των ενισχύσεων.
Έτσι, το ινοπλισμένο σκυρόδεμα υψηλής αντοχής SIM CO Ν που προτάθηκε πρόσφατα για επισκευές και ενισχύσεις στοιχείων από οπλισμένο σκυρόδεμα δε φαίνεται να είναι σε θέση να ενισχύσει με επιτυχία τα κατακόρυφα στοιχεία της οικοδομής (στύλους, κόμβους, τοιχώματα) καθώς η λογική της κατασκευής του είναι παρόμοια με αυτήν των ινοπλισμένων πολυμερών (FRPs). Οι χαλύβδινες ίνες του SIMCON βρίσκονται ενσωματωμένες σε ειδική μήτρα με βάση το τσιμέντο. Το υλικό αυτό - με τη μορφή 'ψάθας' (όπως και τα υφάσματα των FRPs) - έρχεται στο έργο σε μεγάλους ρόλους, περιτυλίγεται στις επιθυμητές προς ενίσχυση θέσεις των δομικών στοιχείων και, στη συνέχεια, εμποτίζεται με ειδικό τσιμεντοκονίαμα. To SIMCON, το οποίο περιέχει χαλύβδινες ίνες σε ποσοστό άνω του 2% κατ' όγκον και έχει θλιπτική αντοχή της τάξης των 70 MPa και εφελκυστική αντοχή της τάξης των 8 MPa (Shannag.Barakat & Abdui-Karrem 2002), έχει αρκετά πλεονεκτήματα αλλά παρουσιάζει και σοβαρά μειονεκτήματα. Τα σοβαρότερα από αυτά είναι αφενός η αδυναμία του να αυξήσει αξιόπιστα την καμπτική αντοχή υποστυλωμάτων και τοιχωμάτων οικοδομών λόγω της υποχρεωτικής ασυνέχειας στις στρώσεις που δημιουργείται από την παρουσία πλακών και δοκών και αφετέρου η αδυναμία του να ενισχύσει αξιόπιστα κόμβους δοκού-υποστυλώματος, ειδικά όταν συντρέχουν δοκοί και από τις τέσσερις πλευρές του κόμβου. Τα ίδια ακριβώς μειονεκτήματα - και για τους ίδιους λόγους - παρουσιάζονται και με τη χρήση των FRPs. Αυτός άλλωστε είναι και ο λόγος που δεν παρουσιάστηκε μέχρι σήμερα αξιόπιστος τρόπος αντισεισμικής ενίσχυσης συστήματος στύλου - κόμβου οικοδομής στη βιβλιογραφία (Shannag, Barakat & Abdul-Kareem 2002, Dogan, Hill & Krstuovic Opara 2000).