ΣΕΙΣΜΟΣ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ
Συγγραφέας Ιωάννης Ν. Λυμπέρης Ανεξάρτητος ερευνητής
https://www.researchgate.net/profile/Ioannis-Lymperis
Σε ένα σεισμό υπάρχει η μετατόπιση του εδάφους. Όσο μεγαλύτερη επιτάχυνση έχει το έδαφος τόσο καταστροφικός είναι ο σεισμός.
Η επιτάχυνση είναι η συνάρτηση του πλάτους ταλάντωσης Χ την συχνότητα των Hz μέσα σε 1 δευτερόλεπτο.
Η κατασκευή αρνείται να ακολουθήσει το έδαφος αντιδρώντας προς την αντίθετη κατεύθυνση και αυτό ονομάζεται δύναμη αδράνειας.
Η δύναμη αδράνειας έχει τιμή που εξαρτάτε από την επιτάχυνση εδάφους Χ το βάρος της μάζας.
Η δύναμη αδράνειας κοντά στην βάση της κατασκευής κόβει τις κολόνες και τα τοιχώματα όπως το ψαλίδι το χαρτί. Αυτό συμβαίνει γιατί δύο παράλληλες και αντίθετες δυνάμεις προερχόμενες από την επιτάχυνση του εδάφους και την αδράνεια της κατασκευής λειτουργούν σαν ψαλίδι και κόβουν κολόνες και τοιχώματα στο κάτω άκρο του κορμού τους στον πρώτο όροφο. Αυτή η δύναμη ονομάζεται
τέμνουσα βάσης και έχει το μέγεθος της αδράνειας. Το κάτω άκρο τις κολόνας και του τοιχώματος είναι τα ποιο ευάλωτα σημεία της κατασκευής διότι η επιτάχυνση του εδάφους σε αυτό το σημείο είναι άμεση, ακαριαία και πολύ μεγάλη καθώς αντίστοιχα και η δύναμη αδράνειας έχοντας διαφορετική κατεύθυνση και τέμνουν την διατομή της κολόνας. Μία άλλη δύναμη που κάνει μεγάλη ζημιά είναι η ροπή των τοιχωμάτων Τα τοιχώματα από τον πρώτο μέχρι και τον τελευταίο όροφο σχηματίζουν τεράστιους μοχλοβραχίονες οι οποίοι κατεβάζουν τεράστιες ροπές στην βάση τις οποίες πρέπει να αναλάβει η διατομή του τοιχώματος και η συνδετήριος δοκός. Αυτή η ροπή ανατροπής του τοιχώματος έχει τιμή ίση με το ύψος της μάζας Χ το βάρος της μάζας. Η διατομή του τοιχώματος κοντά στην βάση πρέπει να αναλάβει και τέμνουσες και ροπές και τα μεγαλύτερα στατικά φορτία των ορόφων. Για τον λόγο αυτό οι περισσότερες αστοχίες κατάρρευσης αρχίζουν από τις διατομές των τοιχωμάτων κοντά στην βάση. Τα υποστυλώματα αστοχούν ποιο πάνω γιατί δεν αντέχουν να κατεβάσουν στην βάση μεγάλες ροπές.
Η αδράνεια και οι ροπές δημιουργούν και κάμψη καθ ύψος στον κορμό των τοιχωμάτων και μεγαλύτερη στον κορμό των υποστυλωμάτων. Ονομάζεται
ροπή κάμψης Η ροπή κάμψης κάμπτοντας τα υποστυλώματα και τα τοιχώματα καθ ύψος μεγαλώνει την μία παρειά του υποστυλώματος και του τοιχώματος οπότε δημιουργεί εφελκυσμό και την άλλη παρειά την μικραίνει θλίβοντας την. Το σημείο της διατομής όπου εφελκυσμός και θλίψη διαχωρίζουν την φορά τους ( συγκρούονται και απομακρύνονται ) ονομάζεται
κρίσιμη περιοχή αστοχίας και σε αυτή την περιοχή εμφανίζεται η αστοχία διότι οι εντάσεις έχουν την μεγαλύτερη τιμή.
Κάθε μεταβολή της κατακόρυφης θέσης του υποστυλώματος και του τοιχώματος λόγο της
ροπής κάμψης και της
ροπής ανατροπής εκτρέπεται στους συνδετήριους δοκούς του δοκούς και τις πλάκες με τις οποίες συνδέεται με πάκτωση στους κόμβους. Οι κόμβοι και όλες οι διατομές γύρο από τους κόμβους δέχονται ροπές. Οι ροπές στους κόμβους έχουν αντίθετη φορά από τις ροπές των τοιχωμάτων και των υποστυλωμάτων.
Αυτές οι δύο αντίθετες ροπές είναι που καταπονούν κάμπτοντας δοκούς πλάκες συνδετήριους δοκούς τοιχώματα και υποστυλώματα και τα σπάνε.
Βασικά υπάρχουν οι καθ όλο το ύψος οι κάθετοι μοχλοβραχίονες τοιχωμάτων και υποστυλωμάτων με μια φορά ροπής και καθ όλο το πλάτος της κατασκευής οι οριζόντιοι μοχλοβραχίονες συνδετήριων δοκών βάσης δοκών και πλακών που αντιστέκονται με αντίρροπες ροπές προς την ροπή ανατροπής των κάθετων στοιχείων.
Εγώ βλέπουμε ότι το μέγεθος της επιτάχυνσης της μάζας και του ύψους είναι οι τρεις βασικοί παράγοντες που αυξάνουν τα φορτία σεισμού.
Υπάρχουν όμως και άλλοι παράγοντες που αυξάνουν τα φορτία σεισμού. Ένας από αυτούς τους παράγοντες είναι η
διάρκεια του σεισμού. Μία κατασκευή αντέχει μεγάλη επιτάχυνση για μικρή διάρκεια και μικρή επιτάχυνση για μεγάλη διάρκεια. Δεν αντέχει όμως μεγάλη επιτάχυνση για μεγάλη διάρκεια. Υπάρχει και μια άλλη σχέση μεταξύ του εδάφους και της κατασκευής που ονομάζεται
συντονισμός συχνοτήτων εδάφους κατασκευής ή αλλιώς ιδιοπερίοδος την οποία δεν μπορείς να την υπολογίσεις με μαθηματικά και η οποία μπορεί να ρίξει κάτω και την ποιο γερή κατασκευή, ενώ θα αφήσει άθικτη μια κακής ποιότητας κατασκευή λίγα μέτρα ποιο πέρα. Και αυτό γιατί τα υψίκορμα τα μεσαία και τα χαμηλά κτίρια γκρεμίζονται ποιο εύκολα σε διαφορετικές συχνότητες. Κάθε κατασκευή έχει την δική της συχνότητα με την οποία ταλαντεύεται περισσότερο μέσα στην διάρκεια του σεισμικού χρόνου. Αν η συχνότητα του εδάφους συμπέσει με την συχνότητα ταλάντωσης της κατασκευής δημιουργείται
συντονισμός και η ταλάντωση πολλαπλασιαζόμενη γίνεται πάρα πολύ μεγάλη στην διάρκεια του χρόνου, με αποτέλεσμα η κατασκευή να γκρεμίζει εύκολα και ας είναι πολύ γερή. Η συχνότητα του κάθε σεισμού είναι διαφορετική και διαφέρει από περιοχή σε περιοχή διότι εκτός του ότι κάθε σεισμός έχει και διαφορετική συχνότητα αυτή αλλάζει και κατά την μεταφορά της εξαρτώμενη από την απόσταση της κατασκευής από το επίκεντρο του σεισμού, το εστιακό βάθος και τον τύπο του εδάφους. Οπότε άγνωστο το περιεχόμενο των συχνοτήτων που θα έρθει κάτω από την κατασκευή.
Αν μια γερή κατασκευή πέσει δεν θα φταίει ο μηχανικός ή ο κατασκευαστής αλλά η συχνότητα. Και όμως αυτοί θα πάνε φυλακή χωρίς να φταίνε.
Ο σεισμός μεταδίδεται όπως τα κύματα του νερού. Όταν ρίξουμε μία πέτρα μέσα σε μια λίμνη θα δούμε τα κύματα τα αρχικά να είναι μικρά και με μεγάλη συχνότητα και όσο ανταποκρίνονται από το επίκεντρο να γίνονται μεγάλα και αργά. Το ίδιο συμβαίνει και στον σεισμό. Όσο κοντινός και ρηχός είναι ο σεισμός τόσο μεγάλη επιτάχυνση και μεγάλη συχνότητα υπάρχει, αλλά με μικρό πλάτος ταλάντωσης. Όσο ποιο μακρινός είναι ο σεισμός, μεγαλώνει το πλάτος ταλάντωσης και μικραίνει η επιτάχυνση. Η μετάδοση αυτή εξαρτάτε και από το έδαφος. Τι έδαφος αναδεύει το πλάτος ταλάντωσης 3 με 4 φορές περισσότερο από τον βράχο.
Τα υψίκορμα κτίρια καταστρέφονται από το μεγάλο κύμα ταλάντωσης, δηλαδή από τους μακρινούς σεισμούς, ενώ τα χαμηλού ύψους καταστρέφονται από μεγάλες επιταχύνσης με μικρό πλάτος ταλάντωσης.
Δέστε ένα πείραμα με τρία διαφορετικού ύψους κτίρια πως αντιδρούν σε διαφορετικές συχνότητες.
https://www.youtube.com/watch?v=LV_UuzEznHs&t=7s