Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα της προσομοίωσης σε κλίμακα 1:10 ενός τυπικού τριώροφου κτιρίου της νότιας Ευρώπης , κατασκευασμένου τη δεκαετία του 1970. Το κτίριο είναι εμπνευσμένο από αυτό που εξετάστηκε πειραματικά στα πλαίσια του προγράμματος SPEAR. Όπως πολλά κτίρια της ίδιας περιόδου, το κτίριο διαθέτει pilotis και ο μηχανισμός αστοχίας του είναι ο σχηματισμός μαλακού ορόφου στο ισόγειο. Σκοπός των πειραμάτων είναι η διερεύνηση της αντισεισμικής συμπεριφοράς ενός κτιρίου με ανεπαρκή όπλιση υποστυλωμάτων και απουσία οπλισμού περίσφιγξης και η προσπάθεια ενίσχυσής του με την τοποθέτηση τοιχώματος από οπλισμένο σκυρόδεμα σε όλο το ύψος του προκειμένου να επιτευχθεί ομοιόμορφη αύξηση της αντοχής και της δυσκαμψίας του. Ερευνάται επίσης η συνεισφορά της μείωσης των διαστάσεων της επιφανειακής θεμελίωσης του τοιχώματος στην απόκριση του κτιρίου σε ισχυρό σεισμό.

Μέσω υπολογισμών για συνδυασμό μόνιμων φορτίων από ίδια βάρη και κινητού φορτίου 2 kN/m², το φορτίο κάθε ορόφου προκύπτει περίπου ίσο με 66 tn [Αγγελική Ροντογιάννη, 2011]. Στο μοντέλο αντιστοιχεί μάζα 22 kg ανά όροφο σε κλίμακα μοντέλου.

Για λόγους ισορροπίας, κατασκευάστηκαν δύο όμοια τριώροφα πλαίσια ύψους 900 mm, δύο ανοιγμάτων, 600 και 400 mm, χωρίς τοιχοπλήρωση. Tα πλαίσια συνδέονται μεταξύ τους μέσω σχετικώς ομοιόμορφα κατανεμημένων ορθογώνιων πλακών που προσομοιώνουν τα φορτία κάθε ορόφου. Τα φέροντα στοιχεία κατασκευάστηκαν από αλουμίνιο, ενώ οι πλάκες βάρους κατασκευάστηκαν από χάλυβα για λόγους ακαμψίας. Οι διατομές των υποστυλωμάτων προέκυψαν μέσω καθορισμού της ζητούμενης ιδιοπεριόδου του κτιρίου στα 0.45 s. Η προσομοίωση των κόμβων έγινε με διατάξεις τύπου άρθρωσης, οι οποίες δύνανται να βαθμονομηθούν προκειμένου να προσομοιώνουν με επαρκή ακρίβεια τις σχηματιζόμενες πλαστικές αρθρώσεις κατά την επιβολή φόρτισης.

Μετά τη βαθμονόμηση των κόμβων, το κτίριο συναρμολογείται και ευθυγραμμίζεται ούτως ώστε όλα τα στοιχεία να είναι κατακόρυφα ή οριζόντια αντίστοιχα. Ακολουθεί η βαθμονόμηση της τράπεζας για κλίμακα 1:10.

Πριν τη διεξαγωγή κάθε πειράματος γίνεται η διάστρωση της άμμου μέσω του συστήματος που περιγράφηκε. Σε όλα τα πειράματα χρησιμοποιήθηκε άμμος Longstone βιομηχανικής παραγωγής, πυκνότητας Dr=93% και ύψους 48 cm.Το κτίριο τοποθετείται επιφανειακά στην άμμο με τρόπο ώστε όλα τα θεμέλια να έρθουν σε επαφή με το έδαφος ταυτόχρονα. Έπειτα τοποθετούνται τα όργανα μέτρησης μετακινήσεων και επιταχύνσεων στο πρώτο πλαίσιο του μοντέλου. Μετά τα πρώτα δύο πειράματα τοποθετούνται τα τοιχώματα των δύο πλαισίων βιδώνοντας εξωτερικά και τα θεμέλια των κεντρικών υποστυλωμάτων επαυξάνονται βιδώνοντας πρόσθετα τμήματα.

Στα πειράματα που διεξήχθησαν χρησιμοποιούνται διεγέρσεις ποικίλου συχνοτικού περιεχομένου και εύρους επιταχύνσεων από ελληνικές και ξένες καταγραφές. Η τελευταία διέγερση που εισάγεται σε κάθε πείραμα προκαλεί την κατάρρευση του κτιρίου και το πείραμα λήγει.

Μετά το σεισμό του Αιγίου ο πρώτος όροφος έχει παραμένουσα μετακίνηση της τάξεως του 1%. Το κτίριο καταρρέει με την επιβολή του σεισμού της Λευκάδας, έχοντας ήδη σωρεύσει παραμορφώσεις από τους σεισμούς του Αιγίου και της Καλαμάτας. Η θεμελίωση παρουσιάζει πρακτικά μηδενικές καθιζήσεις και στροφές, άρα ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις σχεδιασμού της.

Κατά συνέπεια, το κτίριο διαθέτει ανεπαρκή αντοχή και πλαστιμότητα και δε μπορεί να αντέξει έναν ισχυρό σεισμό. Απαιτείται λοιπόν η ενίσχυσή του προκειμένου να αυξηθεί η επιτάχυνση αντοχής και να επιτευχθεί πιο ομοιόμορφη κατανομή δυσκαμψίας καθ’ ύψος του κτιρίου.

Υπό τη σεισμική διέγερση του Αιγίου, είναι φανερή η θετική επίδραση της ενίσχυσης στη μέγιστη και κυρίως στην παραμένουσα μετακίνηση του πρώτου ορόφου του κτιρίου, η οποία για το ενισχυμένο κτίριο είναι πρακτικά μηδενική. Η θετική επίδραση της ενίσχυσης φαίνεται εντονότερα στη σεισμική διέγερση της Λευκάδας του 2003, κατά την οποία το αρχικό κτίριο καταρρέει, ενώ το ενισχυμένο κτίριο παρουσιάζει παραμένουσα μετακίνηση πρώτου ορόφου μικρότερη από 1.5%. Η θεμελίωση των υποστυλωμάτων αλλά και του τοιχώματος παρουσιάζει και πάλι μηδενική απόκριση σε όρους καθιζήσεων και στροφών.

Κατά συνέπεια, η ενίσχυση κρίνεται αποτελεσματική. Το ενισχυμένο κτίριο καταρρέει τελικά υπό τη σεισμική διέγερση του Takatori, έχοντας ήδη σημαντικές πλαστικές παραμορφώσεις κόμβων εξαιτίας των προηγούμενων διεγέρσεων.

Ποιοτικά, η εικόνα είναι περίπου όμοια με προηγουμένως· ομοιόμορφη κατανομή μετακινήσεων καθ’ ύψος του κτιρίου. Ποσοτικά, δεν παρατηρείται διαφορά στις σχετικές μετακινήσεις των ορόφων για ένα σεισμό μικρής έντασης όπως η καταγραφή του Αιγίου. Η διαφορά όμως εντείνεται για την καταγραφή της Λευκάδας, όπου το τοίχωμα με τη μειωμένη θεμελίωση φαίνεται να συμπεριφέρεται καλύτερα από το συμβατικά θεμελιωμένο.

Προκειμένου να συγκριθεί και η απόκριση της θεμελίωσης του τοιχώματος για τις δύο περιπτώσεις, σχολιάζεται η καταγραφή του Rinaldi. Η διαφορά φαίνεται ξεκάθαρα σε όρους χρονοϊστορίας drift ratio πρώτου ορόφου και καθίζησης – στροφής θεμελίου του τοιχώματος. Παρατηρείται σημαντική διαφορά στη μετακίνηση του πρώτου ορόφου, με το τοίχωμα με μειωμένη θεμελίωση να συμπεριφέρεται πιο ικανοποιητικά. Από την άλλη πλευρά, το θεμέλιο πλάτους 3.5 m παρουσιάζει ανασήκωμα, καθώς και μικρή παραμένουσα στροφή και καθίζηση, σε αντίθεση με το θεμέλιο πλάτους 6 m.

Στο κτίριο με το συμβατικά σχεδιασμένο θεμέλιο οι πλήρεις μετακινήσεις του πρώτου ορόφου οφείλονται στην καμπτική καταπόνηση του τοιχώματος, ενώ στο κτίριο με το μειωμένο θεμέλιο σημαντικό μέρος της μετακίνησης οφείλεται στη στροφή της θεμελίωσης του τοιχώματος. Συμπερασματικά, η μείωση της θεμελίωσης συνεισέφερε στην ανακούφιση του τοιχώματος από καμπτική ένταση παράλληλα με τη μείωση των συνολικών μετακινήσεων της ανωδομής. Το τίμημα σε καθίζηση και παραμένουσα στροφή της θεμελίωσης είναι αρκετά μικρό ώστε να θεωρείται αμελητέο.

Το κτίριο με τη μειωμένη θεμελίωση επίσης δεν αντέχει τη σεισμική καταγραφή του Takatori αλλά παρουσιάζει αισθητά αυξημένη πλαστιμότητα στη συμπεριφορά του.

Ø  Το αρχικό κτίριο κρίνεται ανεπαρκές να ανταποκριθεί στις σύγχρονες αντισεισμικές απαιτήσεις, διότι παρουσιάζει σημαντικές ζημιές και τελικά καταρρέει υπό σεισμικές διεγέρσεις μικρής έως μέτριας εντάσεως.

Ø  Η ενίσχυση μέσω τοιχώματος από οπλισμένο σκυρόδεμα είναι αποτελεσματική και συνεισφέρει στην αύξηση της αντοχής και της δυσκαμψίας του κτιρίου, το οποίο τελικά αντέχει σεισμούς μέτριας έως ισχυρής εντάσεως.

Ø  Η μείωση του πλάτους θεμελίου του τοιχώματος φαίνεται να επιφέρει μείωση των μετακινήσεων της ανωδομής για διεγέρσεις υψηλής εντάσεως και δεν επιδεινώνει τη συμπεριφορά του κτιρίου σε σεισμούς μεσαίας ή μικρής εντάσεως.