Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής  εργασίας είναι η διερεύνηση της σεισμικής απόκρισης αρχαίων κιονοστοιχιών με σημείο αναφοράς τον Παρθενώνα, συγκεκριμένα η σύγκριση των αρχικών-άθικτων μοντέλων που χαρακτηρίζονται από πλήρη απουσία βλαβών και μοντέλων που έχουν υποστεί βλάβες, καθώς και η σύγκριση διαφορετικών διατάξεων, και, εν τέλει, η εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με την επιρροή της κατάστασης και της κάθε διάταξης στην τρωτότητα των κιόνων.    

Σε ένα πρώτο στάδιο γίνεται αναφορά σε βασικά δομικά και αρχιτεκτονικά μέρη που απαρτίζουν τον Παρθενώνα προκειμένου να κατανοηθεί η δομή του μνημείου στο χώρο και να αποσαφηνιστούν οι επιμέρους αρχιτεκτονικοί όροι. Η κατασκευή του εν λόγω αρχαίου ναού υλοποιήθηκε κατά την εποχή του Περικλή· ήταν έργο των αρχιτεκτόνων Ικτίνου και Καλλικράτη και του διάσημου γλύπτη Φειδία, ο οποίος είχε τη γενική επίβλεψη των έργων και των γλυπτών. Ο ναός, αφιερωμένος στη θεά Αθηνά, ξεκίνησε να κατασκευάζεται το 447 π.Χ. και ολοκληρώθηκε το 438 π.Χ., πλην των γλυπτών για τα οποία χρειάστηκαν άλλα έξι έτη, έως το 432 π.Χ.. Είναι κατασκευασμένος από πεντελικό μάρμαρο και ακολουθεί δωρικό ρυθμό. Ωστόσο, προκειμένου να μετριασθεί η «βαρύτητα» λόγω του δωρικού ρυθμού, χρησιμοποιήθηκε ένα σύστημα «εκλεπτύνσεων», όπως η καμπύλη της κρηπίδας, του στυλοβάτη και του θριγκού, η ένταση (κυρτή καμπύλη) καθ’ ύψος των κιόνων, η συστολή των γωνιακών στύλων και η μείωση του πλάτους των μετοπών από το κέντρο προς τις γωνίες (ΥΣΜΑ, 2018α), προκειμένου να προσδώσει αυτή την ιδιαίτερη αρμονία στο ναό. Ο Παρθενώνας είναι περίπτερος ναός, δηλαδή ο εσωτερικός ορθογώνιος πυρήνας του, ο σηκός, περιβάλλεται από κιονοστοιχία —8 κίονες στις στενές πλευρές, ανατολική και δυτική, και 17 στη βόρεια και στη νότια πλευρά— ενώ, φέρει, επίσης, ανάγλυφες μετόπες. Ο σηκός είχε τη μορφή αμφιπρόστυλου ναού, συνυφασμένου με τα ιωνικά πρότυπα. Απαρτίζεται τέσσερις διακριτούς χώρους: Τον πρόναο (1), τον κυρίως ναό (2), τον οπισθόδομο (3) και τον οπισθόναο (4). Ο πρόναος και ο οπισθόναος αποτελούσαν πρόστυλους προθαλάμους για τους δύο άλλους ανεξάρτητους χώρους, τον κυρίως ναό, που ήταν μεγαλύτερος, ορθογωνικός και προσανατολισμένος στην ανατολή, και τον οπισθόδομο, που ήταν μικρότερος, τετράγωνος και προσανατολισμένος στη δύση, αντίστοιχα.      

Στη συνέχεια, παρουσιάζονται χαρακτηριστικές δομικές βλάβες που οφείλονται στις διάφορες καταπονήσεις στη διάρκεια ζωής του μνημείου, με έμφαση στους κίονες, και στοιχεία σχετικά με παλιότερες αλλά και εν εξελίξει αναστηλωτικές εργασίες. Στη διάρκεια των 25 αιώνων της ζωής του, ο Παρθενώνας υπέστη πλήθος διαφόρων καταπονήσεων που είχαν ως αποτέλεσμα αναπόφευκτες βλάβες. Η κύρια αιτιολογία αυτών συνίσταται στην πυρκαγιά των αρχαίων χρόνων (τον 3ο μ.Χ. αιώνα), στην ανατίναξη του 1687, στις διάφορες τροποποιήσεις που υπέστη, στην έκρηξη στα Προπύλαια το 1940 και στους σεισμούς από τους οποίους επλήγη το μνημείο, όπως αυτός του 1981. Δομικές βλάβες έχουν, ωστόσο, προκληθεί και στα αναστηλωμένα τμήματα, κυρίως λόγω οξείδωσης και της συνεπαγόμενης διόγκωσης του σιδήρου των συνδετήριων στοιχείων. Είναι προφανές ότι η καταγραφή και η επισήμανση των δομικών προβλημάτων του Παρθενώνα είναι απαραίτητο εργαλείο για την κατανόηση του ιστορικού των επεμβάσεων, την εκτίμηση της παρούσας κατάστασης του μνημείου, και για την πρόβλεψη απόκρισης του δομικού συστήματος σε διεγέρσεις, μέσω της εφαρμογής των βλαβών με τη χρήση αξιόπιστων υπολογιστικών μέσων.    

Στη συγκεκριμένη περίπτωση διερεύνησης, χρησιμοποιήθηκε ο 6ος ή ΝΑ κίονας του Πρόναου του Παρθενώνα. Πρόκειται για σπονδυλωτή κατασκευή αποτελούμενη από 12 σπονδύλους και το κιονόκρανο, τα μέρη του οποίου συνδέονται μονολιθικά. Έχει μέγιστη κάτω διάμετρο 1.649 m, ύψος 10.081 m και φέρει 20 ραβδώσεις. Για την αριθμητική ανάλυση δημιουργούνται, επομένως, βάσει αυτού, έξι σπονδυλωτά μοντέλα με βάση με τη χρήση του κώδικα διακριτών στοιχείων 3DEC (V.5.2, Itasca Consulting Group Inc.). Η συγκεκριμένη μέθοδος είναι επαναληπτική, υπολογίζει μετακινήσεις λαμβάνοντας υπόψιν τις δυνάμεις που αναπτύσσονται στις διεπιφάνειες σε κάθε βήμα, συνδυάζοντας στοιχεία συνεχούς και ασυνεχούς συμπεριφοράς. Τα σώματα θεωρούνται, εν προκειμένω, άκαμπτα τεμάχια που αλληλεπιδρούν στις επιφάνειες επαφής τους, επιτρέποντας το λικνισμό, την ολίσθηση, την περιστροφική κίνηση (wobbling) των τεμαχίων αλλά και τον πλήρη διαχωρισμό - αποκόλληση αυτών. Είναι ευσταθές εργαλείο για δυναμικά προβλήματα, με σχετικά μικρό υπολογιστικό κόστος και έχει αποδειχθεί ότι δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα στην ανάλυση τέτοιων συστημάτων, υπό την προϋπόθεση κατάλληλης επιλογής των παραμέτρων της ανάλυσης. Τα μοντέλα που καταρτίζονται είναι τα εξής: ενός μονού κίονα, μιας τρίστυλης κιονοστοιχίας σε ευθεία διάταξη και μιας τρίστυλης κιονοστοιχίας σε γωνιακή διάταξη με τα αντίστοιχα επιστύλια, ενώ, παράλληλα, η κάθε διάταξη προσομοιώνεται με την αρχική γεωμετρία, καθώς, επίσης, και με βλάβες.    

Για την προσομοίωση της γεωμετρίας τόσο του άθικτου όσο και του κίονα που φέρει βλάβες (μονού/κεντρικού/γωνιακού), χρησιμοποιήθηκαν γραφικές μετρήσεις (Μελέτη Αποκαταστάσεως του Παρθενώνος, Τόμος 2β, Μ. Κορρές, ΥΠΠΟ, ΕΣΜΑ, Αθήνα 1989, Πίν. 5-6). Κάτωθεν του κατώτατου σπονδύλου όλων των κιόνων των μοντέλων έχει τοποθετηθεί ορθογωνική βάση (1.724x1.876 m). Οι 12 σπόνδυλοι προσομοιώνονται είτε ως τύμπανα “poly drum” στην περίπτωση του άθικτου μοντέλου του μονού κίονα είτε ως “poly prism” χρησιμοποιώντας 16 (τουλάχιστον) σημεία στην άνω και κάτω επιφάνεια του πρίσματος στα υπόλοιπα μοντέλα. Το κιονόκρανο προσομοιώνεται ως ενιαίο τεμάχιο. Επισημαίνεται ότι δεν έχουν ληφθεί υπόψιν οι σύνδεσμοι και τα σφραγίσματα των αναστηλώσεων. Επίσης, οι απώλειες υλικού στην εσωτερική πλευρά του μονού/κεντρικού/γωνιακού κίονα έχουν αγνοηθεί. Για τα μοντέλα των τρίστυλων κιονοστοιχιών σημειώνεται ότι η απόσταση μεταξύ των αξόνων των κιόνων είναι 4 m. Ειδικότερα, ως προς τη γεωμετρία, στα άθικτα μοντέλα οι τρεις κίονες είναι ακριβώς ίδιοι, ενώ στα μοντέλα με τις βλάβες, ο κεντρικός/γωνιακός κίονας διατηρεί τη γεωμετρία του αντίστοιχου μονόστυλου (με τις βλάβες) και στους άλλους δύο παρακείμενους κίονες εφαρμόζεται μια διαφορετική από την κατανομή αυτού, τυχαία, αλλά ίδια και για τους δύο κατανομή βλαβών, ώστε με εξαίρεση τον 2ο και 7ο σπόνδυλο που θεωρούνται άθικτοι να υπάρχουν μία έως τρεις βλάβες σε κάθε σπόνδυλο, δηλαδή να υπάρχουν εσοχές της τάξης των 0.015 - 0.200 m. Τέλος, τα επιστύλια παραμένουν χωρίς βλάβες σε όλα τα μοντέλα.

Στη συνέχεια, τα παραπάνω μοντέλα υποβάλλονται σε σεισμικές διεγέρσεις. Για το σκοπό αυτό επιλέγονται εννέα πραγματικές σεισμικές καταγραφές, που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα συχνοτικού περιεχομένου, λαμβάνοντας υπόψιν τη μέγιστη εδαφική ταχύτητα, τη δεσπόζουσα περίοδο της εδαφικής κίνησης, καθώς και τα φαινόμενα κατευθυντικότητας, προκειμένου να εφαρμοστούν στην ανάλυση. Οι επιλεγμένες καταγραφές έχουν κριθεί κατάλληλες ακριβώς για τη μελέτη των μνημείων της Ακρόπολης (Ψυχάρης 2015), βάσει του σεισμοτεκτονικού περιβάλλοντος και του αναμενόμενου μεγέθους πιθανών σεισμών. Καθεμία από τις εννέα καταγραφές εφαρμόζεται κατά διεύθυνση Χ και κατά διεύθυνση Χ+Ψ.    

Με το πέρας των αναλύσεων, βάσει των αποτελεσμάτων της κινηματικής συμπεριφοράς των προσομοιωμάτων, καταρτίζονται διαγράμματα μέγιστων απόλυτων και σχετικών μετακινήσεων καθ’ ύψος από τα οποία προκύπτουν τόσο ποσοτικά όσο και ποιοτικά συμπεράσματα για τη συμπεριφορά των εν λόγω διατάξεων και την επίδραση των βλαβών.  

Συμπερασματικά, επιβεβαιώνεται ότι πρόκειται για κατασκευές που, γενικά, χαρακτηρίζονται από ευστάθεια. Ωστόσο, εδαφικές κινήσεις με έντονα φαινόμενα κατευθυντικότητας σε συνδυασμό με μεγάλο μέγεθος και διάρκεια σεισμού και μεγάλες (δεσπόζουσες) περιόδους (όπως το παράδειγμα της 3ης καταγραφής, ιδίως κατά Χ+Ψ) μπορούν να επιδράσουν σημαντικά και να προκαλέσουν ιδιαίτερα αυξημένες μετακινήσεις. Αναφορικά με την επίδραση της κατάστασης των μοντέλων, δηλαδή, των βλαβών, για τις μετακινήσεις που παρατηρήθηκαν εδώ, συμπεραίνεται ότι οι εμπλοκές που δημιουργούνται από τις υπάρχουσες βλάβες των μοντέλων, συχνά, λειτουργούν ευεργετικά για τους κίονες, ανάλογα και με τη διεύθυνση των μετακινήσεων. Ως προς τις διατάξεις, συγκρίνοντας τις μετακινήσεις του μονού κίονα και των κιονοστοιχιών, καθίσταται εμφανές ότι τα επιστύλια δρουν, εν γένει, σταθεροποιητικά σε πολύ  σημαντικό βαθμό. Επομένως, επιβεβαιώνεται ότι όσο αυξάνεται το μέγεθος —κατ’ επέκταση, το βάρος— τέτοιων κατασκευών αυξάνεται και η ευστάθεια. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί, επίσης, ότι τα αποτελέσματα των δυναμικών αναλύσεων μπορούν, στη συνέχεια, να συγκριθούν με αποτελέσματα μέσω της μεθόδου της συμβολομετρίας, η οποία παρέχει τη δυνατότητα παρακολούθησης με υψηλή ακρίβεια, εξ’ αποστάσεως και μη επεμβατικά των παραμορφώσεων των δομικών συστημάτων λόγω σεισμικών γεγονότων.