Συμβολή των τοιχοπληρώσεων στην αποφυγή σταδιακής κατάρρευσης κτιρίων από σκυρόδεμα

Προκειμένου να διερευνηθεί πειραματικά η συνεισφορά των τοιχοπληρώσεων στην αποφυγή της σταδιακής κατάρρευσης κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε υπό κλίμακα (1:0.8) διώροφη πλαισιακή κατασκευή, τα εξωτερικά περιμετρικά φατνώματα της οποίας στον όροφο φέρουν μπατική τοιχοποιία πάχους 126mm, ενώ εκείνα του ισογείου είναι ελεύθερα. Ο πειραματικός φορέας έχει κάτοψη 13.60×9.20m, ύψος ορόφου 2.40m και αποτελείται από τρία και δύο ανοίγματα των 4.00m, στη διαμήκη (Χ) και την εγκάρσια (Υ) διεύθυνση αντίστοιχα. Τα υποστυλώματα είναι τετραγωνικής διατομής πλευράς 0.40m ενώ οι δοκοί είναι ανεστραμμένες, ορθογωνικής διατομής διαστάσεων 0.25×0.40m. Οι πλάκες των ορόφων είναι συμπαγείς, πάχους 0.14m.

Τρία (από τα δώδεκα) υποστυλώματα του κτιρίου αναφοράς δεν κατασκευάζονται πλήρως – κατασκευάζεται μόνο το τμήμα τους από στάθμη 1.70m πάνω από την άνω επιφάνεια των στοιχείων θεμελίωσης (μεμονωμένα πέδιλα) έως τον πυθμένα της πλάκας (υψόμετρο 2m από την άνω στάθμη της θεμελίωσης). Το κατακόρυφο φορτίο των υπερκείμενων ορόφων μεταφέρεται στη θεμελίωση μέσω βοηθητικού μηχανισμού. Τα εν λόγω αυτά “υποστυλώματα” εντοπίζονται στη γωνία της κάτοψης (γωνιακό υποστύλωμα), στην περίμετρο (εξωτερικό περιμετρικό υποστύλωμα) και στο εσωτερικό του κτιρίου και η θέση τους επιλέγεται κατά τρόπο ώστε η επιρροή αστοχίας ενός από αυτά στα υπόλοιπα δύο να είναι η ελάχιστη δυνατή (Σχήμα 1). Η θεμελίωση της κατασκευής υλοποιείται μέσω μεμονωμένων πεδίλων θεμελίωσης.

Σχήμα 1: Σχηματική απεικόνιση φορέα και θέσης υποστυλωμάτων προς δοκιμή

Προκειμένου να διερευνηθεί πειραματικά η συνεισφορά των τοιχοπληρώσεων στην αποφυγή της σταδιακής κατάρρευσης κτιρίων από οπλισμένο σκυρόδεμα, σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε υπό κλίμακα (1:0.8) διώροφη πλαισιακή κατασκευή, τα εξωτερικά περιμετρικά φατνώματα της οποίας στον όροφο φέρουν μπατική τοιχοποιία πάχους 126mm, ενώ εκείνα του ισογείου είναι ελεύθερα. Ο πειραματικός φορέας έχει κάτοψη 13.60×9.20m, ύψος ορόφου 2.40m και αποτελείται από τρία και δύο ανοίγματα των 4.00m, στη διαμήκη (Χ) και την εγκάρσια (Υ) διεύθυνση αντίστοιχα. Τα υποστυλώματα είναι τετραγωνικής διατομής πλευράς 0.40m ενώ οι δοκοί είναι ανεστραμμένες, ορθογωνικής διατομής διαστάσεων 0.25×0.40m. Οι πλάκες των ορόφων είναι συμπαγείς, πάχους 0.14m.

Τρία (από τα δώδεκα) υποστυλώματα του κτιρίου αναφοράς δεν κατασκευάζονται πλήρως – κατασκευάζεται μόνο το τμήμα τους από στάθμη 1.70m πάνω από την άνω επιφάνεια των στοιχείων θεμελίωσης (μεμονωμένα πέδιλα) έως τον πυθμένα της πλάκας (υψόμετρο 2m από την άνω στάθμη της θεμελίωσης). Το κατακόρυφο φορτίο των υπερκείμενων ορόφων μεταφέρεται στη θεμελίωση μέσω βοηθητικού μηχανισμού. Τα εν λόγω αυτά “υποστυλώματα” εντοπίζονται στη γωνία της κάτοψης (γωνιακό υποστύλωμα), στην περίμετρο (εξωτερικό περιμετρικό υποστύλωμα) και στο εσωτερικό του κτιρίου και η θέση τους επιλέγεται κατά τρόπο ώστε η επιρροή αστοχίας ενός από αυτά στα υπόλοιπα δύο να είναι η ελάχιστη δυνατή (Σχήμα 1). Η θεμελίωση της κατασκευής υλοποιείται μέσω μεμονωμένων πεδίλων θεμελίωσης.

Σχήμα 2: Σχηματική απεικόνιση τμημάτων μηχανισμού απελευθέρωσης και λειτουργίας αυτού.

Διεξήχθησαν συνολικά τέσσερις πειραματικές δοκιμές αφαίρεσης στηρίξεων υποστυλωμάτων του τοιχοπληρωμένου κτιρίου – αρχικά δοκιμάστηκε το εξωτερικό περιμετρικό υποστύλωμα (δοκιμή PC-inf), ακολούθησε το εξωτερικό γωνιακό  (δοκιμή CC-inf) και τέλος το εσωτερικό υποστύλωμα (δοκιμή IC-inf). Για λόγους σύγκρισης αποτελεσμάτων η δοκιμή του εξωτερικού περιμετρικού υποστυλώματος επαναλήφθηκε (δοκιμή PC-bare) αφού προηγουμένως καθαιρέθηκε η τοιχοπλήρωση των φατνωμάτων τα οποία συντρέχουν στο εν λόγω υποστύλωμα. Μετά το πέρας της εκάστοτε δοκιμής οι όροφοι αποφορτίζονταν από το πέραν του ιδίου βάρους φορτίο και γινόταν αποκατάσταση της στήριξης του κτιρίου στο σημείο αφαίρεσής της  προκειμένου να διεξαχθεί η επόμενη δοκιμή.

Κατά τη διεξαγωγή των δοκιμών καταγράφτηκαν μέγιστη βύθιση στο σημείο αφαίρεσης της στήριξης και παραμένουσα μετακίνηση για τη δοκιμή PC-inf 2.6mm και 2.3mm αντίστοιχα, για τη δοκιμή CC-inf 1.8mm και 0.5mm αντίστοιχα, για τη δοκιμή ΙC-inf 7.0mm και 4.2mm αντίστοιχα και για τη δοκιμή PC-bare 7.2mm και 6.2mm αντίστοιχα. Η αποτελεσματικότητα της τοιχοπλήρωσης των εξωτερικών περιμετρικών φατνωμάτων του ορόφου του κτιρίου στην αποφυγή της σταδιακής κατάρρευσης αρχικά εντοπίζεται στις μικρές τιμές των καταγραφόμενων βυθίσεων των «αφαιρούμενων υποστυλωμάτων», χωρίς ωστόσο να αγνοηθεί η συνεισφορά του οπλισμού της πλάκας στο κάτω πέλμα των δοκών (ανεστραμμένες δοκοί). Μεταξύ των δοκιμών με τοιχοπληρωμένα όλα τα εξωτερικά περιμετρικά φατνώματα παρατηρείται η επιρροή της θέσης του «αφαιρούμενου υποστυλώματος» στην κάτοψη του κτιρίου στη διαμόρφωση της τελικής του βύθισης, με το εσωτερικό υποστύλωμα να αποτελεί την πιο κρίσιμη περίπτωση (IC-inf), καθώς στις δοκούς που συντρέχουν σε αυτό δεν υπήρχε τοιχοποιία. Τέλος, συγκρίνοντας τα αποτελέσματα μεταξύ των δοκιμών PC-inf και PC-bare, δηλαδή δοκιμάζοντας το περιμετρικό υποστύλωμα με και χωρίς την ύπαρξη της εξωτερικής περιμετρικής τοιχοποιίας, φαίνεται η ευμενής επίδραση της ύπαρξης τοιχοποιίας στον φορέα, καταγράφοντας μέγιστη και παραμένουσα βύθιση 36% και 37% των αντίστοιχων βυθίσεων χωρίς τοιχοποιία.

Σχήμα 3: Πειραματικός φορέας πριν τις δοκιμές PC-inf, CC-inf και IC-inf.

Σχήμα 4: Πειραματικός φορέας πριν τη δοκιμή PC-bare.

Σχήμα 5: Πειραματικός φορέας μετά την απελευθέρωση του φορτίου του υποστυλώματος της δοκιμής CC-inf.