Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι) τα γεωτεχνικά έργα

Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι)τα γεωτεχνικά έργατα γεωτεχνικά έργα

Μια πιθανοτική θεώρηση της ασφάλειας των τεχνικών έργων

Μ. Καββαδάς, Μ. Καββαδάς, Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠΑναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ

Ειδική ΟμιλίαΕιδική Ομιλία

Βόλος, 29/9 – 1/10/2010 Βόλος, 29/9 – 1/10/2010

Περιεχόμενο της παρουσίασης :

1. Τι σημαίνει «ασφαλές έργο»

2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή εκτίμηση της πιθανότητας αστοχίας (risk assessment)

3. Επιλογή του «αποδεκτού βαθμού ασφάλειας» των έργων, δηλαδή της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας (risk management)

4. Πιθανοτική θεώρηση του σεισμικού κινδύνου



1. Τί σημαίνει : «1. Τί σημαίνει : « ασφαλές έργοασφαλές έργο »»

Συνήθης άποψη της κοινής γνώμης :

Ένα τεχνικό έργο που έχει άρτια και επαρκή :1.Μελέτη (σύμφωνη με την επιστήμη και τους κανονισμούς)2.Κατασκευή (σύμφωνη με την μελέτη και τις προδιαγραφές)είναι απολύτως ασφαλές.

Η παρούσα ομιλία δεν εξετάζει θέματα ασφάλειας των έργων λόγω σφαλμάτων Μελέτης ή Κατασκευής, αλλά εξετάζει την ασφάλεια των «άρτιων» τεχνικών έργων

Τί σημαίνει : «Τί σημαίνει : « ασφαλές έργοασφαλές έργο »»

Ερώτηση : Ένα «άρτιο» έργο είναι απολύτως ασφαλές ????

Απάντηση : Όχι !!!! Ένα «άρτιο» έργο έχει την ασφάλεια που παρέχουν (και θεωρούν ως αποδεκτή) οι Κανονισμοί με τους οποίους μελετήθηκε•Ποιά είναι αυτή η ασφάλεια ? -> Μέρος 2•Ποια πρέπει να είναι αυτή η ασφάλεια ? -> Μέρος 3

Ερώτηση : Γιατί τα «άρτια» έργα δεν είναι απολύτως ασφαλή ?

Απάντηση :(1) Διότι το κόστος ενός «απολύτως ασφαλούς» έργου είναι δυσανάλογα μεγάλο σε σχέση με τις οικονομικές δυνατότητες της πολιτείας (και των πολιτών)

(2) Διότι καμιά ανθρώπινη δραστηριότητα δεν είναι απολύτως ασφαλής

Ερώτηση : Γιατί η ασφάλεια των έργων αποτελεί κύριο θέμα τελευταίως ;

Απάντηση :

1. Οι οικονομικές συνθήκες έχουν βελτιωθεί και η ανθρώπινη ζωή αξιολογείται σήμερα περισσότερο (συχνά θεωρείται «ανεκτίμητη»).

Υπάρχουν λοιπόν οι διαθέσιμοι πόροι για βελτίωση της ασφάλειας των έργων

2. Οι νομικές συνέπειες σε θέματα επαγγελματικής ευθύνης έχουν αυξηθεί.

Απαιτείται σαφές θεσμικό πλαίσιο επαγγελματικής ευθύνης

3. Τα ΜΜΕ συχνά καλλιεργούν (ή εκμεταλλεύονται) υπέρμετρα την εγγενή «επισφάλεια» (πιθανότητα αστοχίας 0) των τεχνικών έργων, δημιουργώντας πλασματικές εντυπώσεις στην κοινή γνώμη (για όλα φταίνε οι Μηχανικοί …)

Τί σημαίνει : «Τί σημαίνει : « ασφαλές έργοασφαλές έργο »»








Συνήθη ερωτήματα :1. Πώς συσχετίζεται ο συντελεστής ασφαλείας με την πιθανότητα αστοχίας

FS - pf ? Δηλαδή, ποιά είναι η πιθανότητα αστοχίας ( pf ) ενός έργου που

έχει σχεδιασθεί με συντελεστή ασφαλείας FS (π.χ. 1.5) ?

2. Εάν αυξηθεί ο συντελεστής ασφαλείας κατά τι (π.χ. από 1.5 σε 1.75), πόσο μειώνεται η πιθανότητα αστοχίας ? Δηλαδή, τί κερδίζω σε ασφάλεια έναντι του πρόσθετου κόστους ?

3. Ποιός πρέπει να είναι ο αποδεκτός συντελεστής ασφαλείας, δηλαδή πώς οι Κανονισμοί καθορίζουν την αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας ? (Μέρος 3)

Η ασφάλεια των έργων συνήθως εκφράζεται μέσω του συντελεστή ασφαλείας (FS) :

2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων 2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων

FS = (αντοχή) / (φόρτιση) > FSαποδ

FS=C/A > 1.50

FSαποδ δίνεται στους Κανονισμούς

Συνεπώς, οι Κανονισμοί καθορίζουν (μηχανιστικά) το επίπεδο ασφάλειας των έργων

C

A

Πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων Πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων - - Σχέση Σχέση FS - pFS - pff

1. Κλασσική μέθοδος σχεδιασμού :

FS = Αντοχή (C) / Φόρτιση (A)

όπου : C = C (F, X) , A = A (F, X)

F = δράσεις , X= ιδιότητες

Απαίτηση : FS > FS αποδ όπου : FS αποδ = αποδεκτός FS (π.χ. 1.5)

2. Πιθανοτικός σχεδιασμός :

F, X = τυχαίες μεταβλητές

Άρα :C = C (F, X) , Α = Α (F, X) είναι τυχαίες μεταβλητές

pf P (FS < 1) pfa

FS = C / Α = τυχαία μεταβλητή

pf = P (FS < 1)

C

A

1. Πόση ασφάλεια αντιστοιχεί στον FS=1.5 (ποιά η πιθανότητα αστοχίας);

2. Πόση είναι η πρόσθετη ασφάλεια αν αυξήσω τον FS από 1.5 σε 1.75 (σε σχέση με το πρόσθετο κόστος) ;

3. Ποιά είναι η αποδεκτή ασφάλεια (γιατί FS=1.5 και όχι 1.6 ή 1.01) ;

Συντελεστής ασφαλείας

(FS)

Κόστος ορύγματος

(εκατ. Ευρώ)

Πιθανότητα

αστοχίας

(%)

1.21.31.41.51.61.75

1.01.21.62.23.04.0

31 %10 %3 %1 %

0.43 % 0.2 %

0.1%

2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων 2. Εκτίμηση του «βαθμού ασφάλειας» των έργων Παράδειγμα : Ευστάθεια πρανούς ορύγματος

Με αλλαγή της κλίσης του πρανούς,αλλάζει ο FS και το κόστος C

AFS = C/A

(1) Επιλέγονται (τυχαίες) τιμές των παραμέτρων (F,X) με βάση την στατιστική κατανομή τους

(2) Υπολογίζεται η αντοχή C=C(F,X) και η ένταση Α=Α(F,X) που αντιστοιχεί στις τιμές αυτές. Υπολογίζεται ο συντελεστής ασφαλείας FS=C/A

(3) Η διαδικασία επαναλαμβάνεται πολλές φορές, με διαφορετικές τιμές των παραμέτρων F, X

(4) Mε τον τρόπο αυτό υπολογίζεται η κατανομή του FS (ιστόγραμμα)(5) Η πιθανότητα αστοχίας p(f) υπολογίζεται από το εμβαδόν της κατανομής του FS

pf = P (FS < 1)

Υπολογισμός της πιθανότητας αστοχίας (Υπολογισμός της πιθανότητας αστοχίας (ppff))

1. Μέθοδος προσομοίωσης 1. Μέθοδος προσομοίωσης Monte-CarloMonte-CarloΑν είναι γνωστές οι κατανομές των παραμέτρων (F, X) που επηρεάζουν το πρόβλημα (π.χ. γωνία τριβής, συνοχή, ειδικό βάρος κλπ) τότε :

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑ : Η ανάγκη εκτέλεσηςπολλών επαναλήψεων (απαιτείται Η/Υ)

Μέθοδος προσομοίωσης Monte-Carlo : Εφαρμογή – ευστάθεια πρανούς

Δυσμενέστερη γωνία :θ = 0.5 * (β + φ) (κατά Culmann)

Η=18.2m , β=45ο , γ=20 kN/m3

E[φ] = 20ο , Vφ=0.10 , άρα : σ[φ] = 0.10*20 = 2ο

E[c] = 25 kPa , Vc=0.35 , άρα : σ[c] = 0.35*25 = 8.75 kPa

Μέθοδος Culmann

tantan

1tantan

tan2sin

tan4

Hc

FS

FS = συντελεστής ασφαλείας :


Εκτίμηση του συνήθους συντελεστή ασφαλείας (FS) :

Για συντηρητικές τιμές των ιδιοτήτων / χαρακτηριστική τιμή ( m – 0.5 σ ) :

c = 25 – 0.5 x 8.75 = 20.6 kPa, φ = 20 – 0.5 x 2 = 9ο FS = 1.22


Κατανομή του συντελεστή ασφαλείας FS :

Μέση τιμή : E (FS) = 1.41

Τυπική απόκλιση : σ (FS) = 0.31

Πιθανότητα αστοχίας του πρανούς :

pf = P (FS<1) = 8.76 %

ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑ : Η ανάγκη εκτέλεσηςπολλών επαναλήψεων


Η = 18.2m , γ = 20 kN/m3

E[φ] = 20ο , σ[φ] = 2ο

E[c] = 25 kPa , σ[c] = 8.75 kPa

β FS* pf

53o

45o

40o

37.5o

1.00

1.22

1.42

1.55

27.6%

8.8%

3.8%

2.5%

* Για την χαρακτηριστική τιμή των c, φ :

c = 20.6 kPa, φ = 19ο



Σχέση μεταξύ FS - pf

Ο συντελεστής ασφαλείας FS είναι τυχαία μεταβλητή που εξαρτάται από τις

τιμές των παραμέτρων του προβλήματος Χ1, Χ2, Χ3, … Χn (π.χ. ειδικό

βάρος, γωνία τριβής, συνοχή, κλπ), δηλαδή :

FS=FS(Χ1, Χ2, Χ3, … Χn ) .

Η Μέθοδος Σημειακής Εκτίμησης επιτρέπει τον υπολογισμό των E[FS] , σ[FS] συναρτήσει των Ε[ Χi ] , σ[ Χi ], χωρίς την απαίτηση παραδοχής

κάποιας στατιστικής κατανομής για τα Χi .

Στη συνέχεια, η πιθανότητα αστοχίας υπολογίζεται από τη σχέση :

Zp

FS

FSE

FS

FSEFSpFSpfp

][

][1

][

][)1()(

][

1][

FS

FSE

όπου :

22. . Μέθοδος Σημειακής Εκτίμησης (Μέθοδος Σημειακής Εκτίμησης (Point Estimate Method)Point Estimate Method)


pf = p (FS<1)

0.5

Δείκτης αξιοπιστίας (β)

pf

1.001.281.501.96

16 %10 %6.7 %2.5 %

2.002.32

2.3 %1.0 %

3.003.093.723.80

0.14 %0.1 %

0.01 %0.0072 %

4.004.274.75

0.0032 %0.001 %

0.0001 %

5.2 0.00001 %

][

][1

][

][

FS

FSE

FS

FSEFSpp f

)( Zpp f

pf

Mέθοδος Σημειακής Εκτίμησης (Point Estimate Method)

Περίπτωση 1 : FS=Υ(Χ) (δηλαδή μία παράμετρος)

Είναι γνωστά τα Ε[Χ] και σ[Χ]=Ε[Χ]*Vx (Vx=συντελεστής μεταβλητότητας)

Υπολογισμός των E[Y] , σ[Υ] :

2

11 )2/(1

11)(1

2

1

signp

β1 = συντελεστής ασυμμετρίας της κατανομής ( β1=0 για συμμετρικές κατανομές )

pp 1

p

pXXEX ][][

p

pXXEX ][][

)(,)( XYYXYY

YpYpYE ][

222 ][ YpYpYE22 ])[(][][ YEYEY


όπου

Για συμμετρικές κατανομές : p+ = p- = 0.5


ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ : Φέρουσα ικανότητα λωριδωτού πεδίλου

fNNN qc ,,B = 2m , d = 2m

γ = 20 kN/m3 , c = 0

P

Ε[φ]=37ο , Vφ=0.10 , άρα : σ[φ]=0.10*37=3.7ο

p+=0.5 , p-=0.5 , φ+ = 37+3.7=40.7ο , φ- = 37-3.7=33.3ο


Πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων Πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων - - Σχέση Σχέση FS - pFS - pff

Σταθερές ιδιότητες :

Μεταβλητή ιδιότητα «φ»:

φ+=40.7 ο άρα : Nq = 70.8 , Nγ = 120.1

φ-=33.3 ο άρα : Nq = 27.05 , Nγ = 34.22


P

Y+ = σu+=0.5*20*2*120.1 + 20*2*70.8 = 2402 + 2832 = 5234 kPa

Y- = σu-=0.5*20*2*34.22 + 20*2*27.05 = 684.4 + 1082 = 1766.4 kPa


Ε[σu] = 0.5*5234 + 0.5*1766.4 = 3500 kPa

Ε[σ2u] = 0.5*52342 + 0.5*1766.42 = 15.257.462 kPa2

σ [σu]= sqrt ( 15257462-35002 ) = 1734.2 kPa

Vσu = σ [σu] / Ε[σu] = 1734.2 / 3500 = 50% (πολύ μεγάλη μεταβλητότητα)

YpYpYE ][222 ][ YpYpYE

22 ])[(][][ YEYEY

MFS = 4.5 = E[σu] / p = 3500 / p , άρα : p = 3500 / 4.5 = 778 kPa

p = επιβαλλόμενη πίεση

FS = σu / p = σu / 778 = 0.0013 σu

E[FS] = 0.0013 * E[σu] = 0.0013*3500 = 4.50

σ[FS] = 0.0013 * σ [σu] = 0.0013 * 1734.2 = 2.23

β = { Ε[FS]-1 } / σ[FS] = (4.50 - 1) / 2.23 = 1.57

Πιθανότητα αστοχίας : p(f) = 6.3%


P

Έστω ότι το πέδιλο σχεδιάζεται με συντηρητικό συντ. ασφαλείας (m - 0.5 σ) :

FS = 3 «μέσος» FS : MFS 1.5 x FS2 = 4.5


B = 2m , d = 1m , γ = 20 kN/m3 c = 0 P

Ε[φ] = 37ο , σ[φ] = 0.10*37 = 3.7ο

FS* pf

1.33

1.83

2.62

3.0

4

16 %

10 %

6.7 %

6.3 %

5 %

* Για χαρακτηριστική τιμή του φ



Σχέση μεταξύ FS - pf








Κατηγορία Ι : Η αστοχία συνήθως δεν περιλαμβάνει απώλειες ζωής ή μακροχρόνιες επιπτώσεις στο περιβάλλον (π.χ. οδικά και σιδηροδρομικά επιχώματα, έργα αντιστηρίξεως, αντλήσεις). Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα συνήθη γεωτεχνικά έργα

Κατηγορία ΙΙ : Η αστοχία μπορεί να προκαλέσει περιορισμένες απώλειες ζωής ή περιορισμένης έκτασης περιβαλλοντικές επιπτώσεις (π.χ. συνήθη φράγματα)

Κατηγορία ΙΙΙ : Η αστοχία μπορεί να προκαλέσει μεγάλες απώλειες ζωής ή εκτεταμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις (π.χ. μεγάλα φράγματα, μεγάλες χημικές βιομηχανίες, πυρηνικά εργοστάσια)

3. 3. Αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργωνΑποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων

UK Health and Safety Executive (1999)

US Presidential Commission on Risk Assessment / Risk Management (1997)

Από πλευράς αποδεκτής ασφάλειας τα τεχνικά έργα διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες :

Έργα κατηγορίας Έργα κατηγορίας ΙΙ (χωρίς απώλειες ζωής) : Οικονομικά κριτήριαΣύγκριση κόστους και επιτυγχανόμενου αποτελέσματος

Συνήθως, η αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας είναι : pf = 1-10%

Οι συντελεστές ασφαλείας των κανονισμών αναφέρονται κυρίως σ’ αυτά τα έργα και στοχεύουν στις ανωτέρω πιθανότητες αστοχίας

Έργα κατηγορίας Έργα κατηγορίας ΙΙΙΙ («μικρές» απώλειες ζωής) : Κοινωνικά κριτήρια

Η πολιτεία οφείλει να εξασφαλίζει κάποια ελάχιστη αποδεκτή ασφάλεια σε όλα τα άτομα, ανεξαρτήτως του κόστους των έργων και της γενικότερης ωφέλειας του κοινωνικού συνόλου

Συνήθως, η αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας είναι : pf = 0.1-1%

Έργα κατηγορίας Έργα κατηγορίας ΙΙΙΙΙΙ («μεγάλες» απώλειες ζωής) : Τεχνικά κριτήριαΕφόσον γίνει αποδεκτή η κατασκευή τέτοιων έργων, ο βαθμός ασφάλειας θεωρείται ικανοποιητικός εάν στη μελέτη και κατασκευή τους χρησιμοποιείται η πλέον σύγχρονη επιστήμη και τεχνολογία

Συνήθως, η αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας είναι : pf = 0.0001–0.001 %

Κριτήρια καθορισμού της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίαςΚριτήρια καθορισμού της αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας

Αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργωνΑποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων

Έργα κατηγορίας Ι (χωρίς απώλειες ζωής) : Οικονομικά κριτήρια

Ο αποδεκτός βαθμός ασφάλειας αντιστοιχεί στην ελαχιστοποίηση του συνολικού αναμενόμενου κόστους

• Πρόκειται για το γνωστό “calculated risk” (Casagrande, 1964)

pf = πιθανότητα αστοχίας του έργου (στη διάρκεια της ζωής του)

Cc = κόστος κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης του έργου

Είναι συνάρτηση του pf

Cf = κόστος συνεπειών σε περίπτωση αστοχίας (αποζημιώσεις,

πρόστιμα, αντικατάσταση του έργου, διαφυγόντα κέρδη, περιβαλλοντική αποκατάσταση, κλπ). Συνήθως, είναι ανεξάρτητο

του pf

Σκοπός : ελαχιστοποίηση του συνολικού αναμενόμενου κόστους

CT = Cc + Cf pf = minimum

Αποδεκτή Πιθανότητα Αποδεκτή Πιθανότητα Αστοχίας Αστοχίας ppfafa (ΑΠΑ) :(ΑΠΑ) :

Οικονομικά κριτήριαΟικονομικά κριτήρια

CT = Cc + Cf pf = min

ΑΠΑ=1%

ΑΠΑ=0.4%

Cf = 500

Cf = 1500

Cc

CT

Cf pf

Τα τελευταία χρόνια, το

κόστος Cf έχει αυξηθεί

σημαντικά, με αποτέλεσμα την μείωση της ΑΠΑ και

την αύξηση του απαιτούμενου συντελεστή

ασφαλείας

Αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργωνΑποδεκτή πιθανότητα αστοχίας των τεχνικών έργων

Έργα κατηγορίας ΙΙ («μικρές» απώλειες ζωής) : Κοινωνικά κριτήρια

Η πολιτεία οφείλει να εξασφαλίζει κάποια ελάχιστη αποδεκτή ασφάλεια, ανεξαρτήτως του κόστους των έργων

Η αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας (pfa) των έργων καθορίζεται από την

“ετήσια ευρέως αποδεκτή θνησιμότητα” : pa1,min = 10-6 = 1 / 1.000.000

Παραδείγματα (Wilson, 1979) συνήθων δραστηριοτήτων με επικινδυνότηταίση με την ευρέως αποδεκτή ετήσια θνησιμότητα ( pa1 = 10-6 )

Κίνδυνος με πιθανότητα θανάτου 10-6 Αιτία θανάτου

Κάπνισμα 1.4 τσιγάρα

Διαμονή με καπνιστή επί 2 μήνες

Διαμονή σε μεγαλούπολη επί 2 μήνες (ΗΠΑ)

Ακτινογραφία θώρακος (καλό νοσοκομείο)

Ταξίδι 8000 km με αεροπλάνο

Ταξίδι 8000 km με αεροπλάνο

Ταξίδι 200 km με αυτοκίνητο (ΗΠΑ)

Ταξίδι 50 km με αυτοκίνητο (Ελλάδα)

Καρκίνος / αγγειοπάθεια

Καρκίνος / αγγειοπάθεια

Ατμοσφαιρική ρύπανση

Καρκίνος λόγω ακτινοβολίας

Καρκίνος λόγω ακτινοβολίας

Δυστύχημα

Δυστύχημα

Δυστύχημα

Χρήσιμη ζωή φράγματος : t = 75 έτη

Αναμενόμενος αριθμός θανάτων σε περίπτωση αστοχίας φράγματος ως ποσοστό του εκτεθειμένου πληθυσμού : λ = 1 %ο – 2 % (5 – 100 στους 5000)

Αποδεκτή ετήσια θνησιμότητα : pa1 = 10-6 (ευρέως αποδεκτή ασφάλεια)

Αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας : Κοινωνικά κριτήριαΑποδεκτή πιθανότητα αστοχίας : Κοινωνικά κριτήρια

Αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας (pf): t

ppt

pp af

fa 11

Προσδιορισμός αποδεκτής πιθανότητας αστοχίας ( pf )

Παράδειγμα : Συνήθη φράγματα

)1(ln/ fptT

λΑποδεκτή

πιθανότητα αστοχίας - pf

Ετήσια αποδεκτή πιθανότητα

αστοχίας – pf1

Μέση περίοδος επανάληψης (Τ) γεγονότος με πιθανότητα υπέρβασης pf στα t=75 έτη

1 %ο (5 / 5000) 5 %ο (25 / 5000)1 % (50 / 5000)2 % (100 / 5000)

7.5 %1.5 %

0.75 %0.375 %

1 x 10-3

2 x 10-4

1 x 10-4

5 x 10-5

1.0005.000

10.00020.000

Whitman. R.V. 1984. Evaluating calculated risk in geotechnical engineering. J. Geotech. Engng, ASCE 110(2), 145-186.

Ετήσια αποδεκτή πιθανότητα αστοχίας (pf1)ως προς τον αναμενόμενο αριθμό θανάτων ανά ατύχημα

Για φράγματα με λ = 1%, pf1 = 10-4

Για διάρκεια ζωής του έργου t=75 έτη : pf = 0.75 %

pf1 = 10-4

ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ Ι ΙΙ ΙΙΙ

Οι Κανονισμοί καθορίζουν τους

αποδεκτούς συντελεστές ασφαλείας

με βάση τις «αποδεκτές»

πιθανότητες αστοχίας50

Swiss Federal Office for Water and Geology

(2003)

λ

1 %5 %ο

1 %ο

Ελβετικές αρχές αντισεισμικού σχεδιασμού φραγμάτων ταμίευσης νερού

(2003)








ΠΙΘΑΝΟΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥΠΙΘΑΝΟΤΙΚΗ ΘΕΩΡΗΣΗ ΤΟΥ ΣΕΙΣΜΙΚΟΥ ΚΙΝΔΥΝΟΥΟ Αντισεισμικός Σχεδιασμός των (γεω)τεχνικών έργων γίνεται μέσω :

1.Της σεισμικής επιτάχυνσης εδάφους (α) του ΕΑΚ σε συνδυασμό με την σπουδαιότητα του έργου

2.Της αναμενόμενης σεισμικής μετακίνησης τεκτονικών ρηγμάτων που διασχίζουν το έργο1. Σεισμική επιτάχυνση εδάφους (α) του ΕΑΚ (2000 &

2003) :

Κατά τον ΕΑΚ, το επίπεδο ασφάλειας του αντισεισμικού σχεδιασμού συνήθων έργων καθορίζεται από σεισμικά γεγονότα με πιθανότητα υπέρβασης 10% στα 50 χρόνια, δηλαδή με Μέση Περίοδο Επανάληψης Τ = 475 έτη (Poisson)

Επιρροή της σπουδαιότητας του έργου στον αντισεισμικό σχεδιασμό: αΙ = α γΙ

αΙ = Σεισμική επιτάχυνση εδάφους για έργα μεγάλης σπουδαιότητας Κατά τον Ευρωκώδικα 8-1 (εδάφιο 2.1.(4)), η σεισμική επιτάχυνση εδάφους (a) συνδέεται με την μέση περίοδο επανάληψης (Τ) του σεισμικού γεγονότος που την προκαλεί, με την προσεγγιστική σχέση :

Σπουδαιότητα γΙ αΓια Ζώνη

ΙΙ

Μέση περίοδος επανάληψης (ΤΙ)

Πιθανότητα υπέρβασης στα 50 έτη

Μικρή (Σ1) 0.85 0.20 290 έτη 15.7%

Συνήθης (Σ2) 1.00 0.24 475 έτη 10%

Μεγάλη (Σ3) 1.15 0.28 725 έτη 6.7 %

Πολύ Μεγάλη (Σ4) 1.30 0.31 1045 έτη 4.7 %

Επιρροή της σπουδαιότητας του έργου στον αντισεισμικό σχεδιασμό:

Οι Μελέτες Σεισμικής Επικινδυνότητας πρέπει να καταλήγουν στην «σεισμική επιτάχυνση εδάφους» για σεισμικά γεγονότα με τα ανωτέρω ΤΙ (αναλόγως της σπουδαιότητας του έργου).Σε ειδικά έργα που δεν καλύπτονται από τον ΕΑΚ (π.χ. φράγματα) μπορεί να αυξηθεί το Τ : Τ=1000 - 10000 έτη - βεβαίως για σχεδιασμό μή-κατάρρευσης (ΌΧΙ FS>1)

Σπουδαιότητα γΙ αΓια Ζώνη

ΙΙ

Μέση περίοδος επανάληψης (ΤΙ)

Πιθανότητα υπέρβασης στα 50 έτη

Μικρή (Σ1) 0.85 0.20 290 έτη 15.7%

Συνήθης (Σ2) 1.00 0.24 475 έτη 10%

Μεγάλη (Σ3) 1.15 0.28 725 έτη 6.7 %

Πολύ Μεγάλη (Σ4) 1.30 0.31 1045 έτη 4.7 %

1.60 0.38 2000 έτη 2.4 %

2.20 0.53 5000 έτη 1 %

2.75 0.66 10000 έτη 0.5 %

Για παράδειγμα, για Τ=5000 έτη :

2. Σεισμική μετακίνηση ρήγματος :Ο ΕΑΚ δεν αναφέρει το μέγεθος της σεισμικής μετακίνησης ενός ενεργού τεκτονικού

ρήγματος που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη στις μελέτες των έργων.

Κατ’ αναλογία με την σεισμική επιτάχυνση, προτείνεται να χρησιμοποιείται η σεισμική μετακίνηση με την ίδια Μέση Περίοδο Επανάληψης (Τ).

Συνήθως, η σεισμική μετακίνηση (MD - m) ρήγματος εκτιμάται από το ενεργοποιούμενο μήκος του ρήγματος (SRL - km) με την σχέση :

Wells & Coppersmith (1994)

log (MD) = -1.38 + 1.02 log (SRL)

SRL

MD

Μήκος ρήγματος SRL=15 km

Ποιά είναι η μέση περίοδος (Τ) ενεργοποίησης του συνολικού μήκους του ρήγματος ?

log (MD) =-1.38 + 1.02 log (SRL)

Για ενεργοποιούμενο μήκος ρήγματος SRL=15 km MD = 66 cm

Παράδειγμα :

Παράδειγμα :

Ας θεωρηθεί ότι το μέγιστο μήκος του ρήγματος (SRLmax) ενεργοποιείται κάθε Τmax=5000 έτη (κατά μέσον όρο). Θα υπολογισθεί το SRL για περίοδο επανάληψης Τ.

M = 5.08 + 1.16 log (SRL)

Mmax = 5.08 + 1.16 log (SRLmax)

log T = b M - a

log Tmax = b Mmax - a

Wells & Coppersmith (1994) Gutenberg & Richter (1954)

b 0.85

Οπότε : Τmax = 5000 έτη, SRLmax = 15 km

Για σπουδαιότητα έργου Σ4 (Τ = 1045 έτη), προκύπτει SRL = 3.1 km και MD = 13 cm

log (MD) = -1.38 + 1.02 log (SRL)

Documents

Πόσο ασφαλή είναι (ή πρέπει να είναι) τα γεωτεχνικά έργα