- / -

Μια βάση 621 πειραμάτων τοιχωμάτων οπλισμένου σκυροδέματος χρησιμοποιήθηκαν να ελεγχθούν παλαιά προσομοιώματα για τον υπολογισμό της αντοχής και της ικανότητας παραμόρφωσης του τοιχώματος υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, και να αναπτυχθούν νέα. Βάσει του τρόπου αστοχίας που παρατηρήθηκε στο πείραμα, τα τοιχώματα κατηγοριοποιήθηκαν σε αυτά που αστόχησαν σε κάμψη, σε λοξό εφελκυσμό και σε λοξή θλίψη, ή σε ολίσθηση στη βάση. Τα παλαιότερα προσομοιώματα που ελέχθηκαν περιλαμβάνουν προσομοιώματα των Biskinis and Fardis [2010] και έχουν υιοθετηθεί στον Eurocode 8-Part 3 και/ή στον MC2010 για τον υπολογισμό της (α) καμπτικής αντοχής, (β) της διατμητικής αντοχής υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση μετά την καμπτική διαρροή (με εξάρτηση από τις ανελαστικές παραμορφώσεις) και (γ) την ικανότητα παραμόρφωσης (γωνία στροφής χορδής) στην καμπτική αστοχία. Τοιχώματα με λόγο διάτμησης μικρότερο του 1.2 εξετάζονται ξεχωριστά, καθώς η διατμητική τους αστοχία απαιτεί διαφορετικά προσομοιώματα: σχολιάζονται παλαιά προσομοιώματα και προτείνεται ένα νέο προσαρμοσμένο στα 130 τοιχώματα χαμηλού λόγου διάτμησης που δοκιμάστηκαν υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση. Ελέγχονται παλαιά προσομοιώματα για τον υπολογισμό της διατμητικής αντοχής σε ολίσθηση και προτείνεται ένα νέο προσαρμοσμένο στα 29 πειράματα τοιχωμάτων με αυτόν τον τρόπο αστοχίας: ένα νέο προσομοίωμα προτείνεται για την πιθανότητα μη-ελεγχόμενης ολίσθησης σε ένα κύκλο φόρτισης-αποφόρτισης όταν η ρωγμή είναι “διαμπερώς” ανοιχτή και μόνον η δράση βλήτρου του ακόμα ελαστικού διαμήκους οπλισμού παραλαμβάνει την τέμνουσα στη διατομή. Εκτός από την καλή συμφωνία της προβλεπόμενης διατμητικής αντοχής και/ή την ικανότητα παραμόρφωσης υπό ανακυκλιζόμενη φόρτιση, η πρόβλεψη του πιθανότερου τρόπου αστοχίας της βάσης είναι επίσης ικανοποιητική. / A database of 621 cyclic tests of RC walls is utilized to evaluate past models for the cyclic strength and deformation capacity of the wall and to develop/calibrate new ones. From the observed damage the failure mode is classified as in flexure, diagonal tension or compression before or after flexural yielding, or in sliding shear. Past models which are evaluated based on the test results include models proposed Biskinis and Fardis [2010] and adopted in Eurocode 8-Part 3 and/or MC2010 for the (a) flexural strength, (b) the cyclic shear strength after flexural yielding (as affected by the imposed ductility demand) and (c) the cyclic chord rotation capacity in flexure. Walls with height-to-length ratio less than 1.2 are considered separately, as their shear failure requires different models: past models are commented and a new one proposed and calibrated on the basis of 130 cyclic tests of squat walls. Past models for sliding shear strength are evaluated and modified on the basis of 29 cyclic tests with that failure mode: a new model is proposed for the possibility of uncontrolled sliding during a load reversal at a point in time when the flexural crack at the base is open throughout the section and only dowel action of the still elastic vertical bars is available to resist the shear force. Besides the good agreement of the predicted cyclic strength and/or deformation capacity per failure mode, the prediction of the most likely mode in the tests of the database is also satisfactory.

- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία κάνει μια σύντομη αναφορά στα θεωρητικά προσομοιώματα εκτίμησης της θλιπτικής αντοχής του αυτοσυμπυκνούμενου σκυροδέματος (ΑΣΣ), όπως και του συμβατού σκυροδέματος. Το ΑΣΣ είναι ένας τύπος σκυροδέματος που είναι ικανός να ρέει στους ξυλότυπους, χωρίς να παρουσιάζει διαχωρισμό, και μπορεί να πληρώσει ομοιόμορφα και πλήρως κάθε σημείο του ξυλότυπου ρέοντας αποκλειστικά και μόνο λόγω του ίδιου βάρους του, χωρίς καμία ανάγκη δόνησης ή κατανάλωσης άλλου είδους ενέργειας. Η διαδικασία για την εκτίμηση της αντοχής του σκυροδέματος γίνεται με τη χρήση της μεθόδου της ωριμότητας. Παρουσιάζονται, επίσης, κάποια εργαστηριακά αποτελέσματα προσδιορισμού τιμών αντοχής συγκεκριμένων μιγμάτων από σκυρόδεμα, τα οποία υπολογίστηκαν με τη χρήση της μεθόδου αυτής. / About ssr concrete characteristics. Estimating the strength of ssr concrete using the maturity method. There is also an attempt in the laboratory of estimating strength of different mixtures of concrete

Το ζήτημα της σταδιακής κατάρρευσης ήρθε στο προσκήνιο με την κατάρρευση του κτηρίου Ronan Point Apartment Building στο Ηνωμένο Βασίλειο, το 1968. Με αφορμή το γεγονός αυτό, σχεδόν το σύνολο των κανονισμών οπλισμένου σκυροδέματος ανά τον κόσμο απέκτησε διατάξεις σχετικά με την προστασία κατασκευών από σταδιακή κατάρρευση. Στα πλαίσια αυτού, εξετάζονται δύο διατάξεις πλακολωρίδας δύο ανοιγμάτων υπό το σενάριο της κατάρρευσης της ακραίας στήριξης. Η πρώτη διάταξη είναι οπλισμένη κατά τα συνήθη πρότυπα, ενώ η δεύτερη περιλαμβάνει επιπλέον οπλισμό στο άνω πέλμα των ανοιγμάτων. Οι αναλύσεις διεξάγονται σε περιβάλλον πεπερασμένων στοιχείων ANSYS και συγκρίνονται με αντίστοιχα πειραματικά αποτελέσματα. Συμπεραίνεται ότι οι συνήθεις πλάκες δεν έχουν την δυνατότητα ανάπτυξης μεγάλων μετατοπίσεων και ότι η προσθήκη οπλισμού στο άνω πέλμα των ανοιγμάτων των πλακών προσδίδει σε αυτές την απαραίτητη πλαστιμότητα, ώστε να μπορούν να αναπτύξουν μεγάλεις μετακινήσεις και να αναπτύσσονται δυνάμεις ελκυστήρα. / The issue of progressive collapse came to the foreground with the collapse of the Ronan Point Building in the UK, in 1968. In response to this event, most reinforced concrete codes around the work integrated regulations in regard to protection of buildings against progressive collapse. Two two-span slab assemblies are analysed for the collapse of the outer support. The first assembly is reinforce according to the common practice, while the second has added reinforced to the top end of the spans. The analyses are performed with ANSYS and compared with experimental results. It is concluded that commonly reinforced slabs do not have the ability to withstand large deflections. Additional top end reinforcement gives slabs the necessary plasticity in order for large deflections to be developed and tension (tie) forces to build up in the section.

Η εργασία αυτή αποτελείται από επτά κεφάλαια: Στο Πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια πρώτη γνωριμία με τα Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας. Συγκεκριμένα γίνεται αναφορά στις ιδιότητες και είδη των υλικών που συνθέτουν τα παρα-πάνω στοιχεία. Στη συνέχεια στο Δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια παρουσίαση των έως τώρα εφαρμογών των στοιχείων ΙΑΜ. Το Τρίτο κεφάλαιο πραγματεύεται την παρουσίαση των βασικών μηχανισμών λειτουργίας των λεπτότοιχων στοιχείων ΙΑΜ έναντι διαφόρων εντατικών καταστάσεων. Επίσης παρου-σιάζονται και εξισώσεις σχεδιασμού που δίδονται από την διεθνή βιβλιογραφία. Στο Τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση που έχει ως στόχο την κατανόηση της λειτουργίας των σύμμικτων στοιχείων που αποτελούνται από σύνθετα υλικά και σκυρόδεμα. Στην βιβλιογραφική ανασκόπηση παρουσιάζονται εργασίες που ασχο-λούνται με την διερεύνηση της συμπεριφοράς: • Συστημάτων ενίσχυσης στοιχείων με ΙΑΜ, • Παραμενόντων τύπων από Ινοπλισμένα Πολυμερή • Παραμενόντων τύπων από Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας. Στο Πέμπτο κεφάλαιο γίνεται η παρουσίαση της πειραματικής μεθοδολογίας που ακολου-θήθηκε, ενώ στα κεφάλαια έξι και επτά γίνεται η παρουσίαση των πειραματικών αποτελε-σμάτων και των συμπερασμάτων που εξήχθησαν από αυτά αντίστοιχα. / -

Μελετάται η ανάπτυξη μεθόδου για την εις βάθος συσσωμάτωση χαλαρών εδαφών που προορίζονται για οικοδόμηση καθώς και για εδάφη περιοχών που υποφέρουν από κατολισθήσεις. Με την ίδια κατά βάση μεθοδολογία, επιχειρείται η επίτευξη στεγανοποίησης κατασκευών σκυροδέματος που υποφέρουν από διαρροές ή από υγρασία και είναι αναγκαία η άμεση αποκατάσταση τους με χαμηλό κόστος. Και στις δύο περιπτώσεις η νέα μεθοδολογία αποτελεί καινοτομία φιλική στο περιβάλλον. Για το σκοπό αυτό προτάθηκε ένα σύστημα υδατοδιαλυτών χημικών με σκοπό την επί τόπου καταβύθιση ενός δυσδιάλυτου άλατος στα τοιχώματα των πόρων του σκυροδέματος και την μείωση της υδατοπερατότητας του υλικού. Το προτεινόμενο άλας ήταν το οξαλικό ασβέστιο (CaC2O4). Το οξαλικό ασβέστιο είναι το κύριο συστατικό των λίθων του ουροποιητικού. Το μονοένυδρο και διένυδρο οξαλικό ασβέστιο έχουν ανιχνευθεί στην πατίνα, το επιφανειακό επίστρωμα που έχει σχηματιστεί σε αρχαία μνημεία, αγάλματα και φυσικά σχηματισμένους βράχους. Μέχρι σήμερα θεωρείται ότι το στρώμα αυτό οξαλικού ασβεστίου στην επιφάνεια των αρχαίων μνημείων, παίζει σημαντικό προστατευτικό ρόλο για την επιφάνεια που καλύπτει. Αρχικά έγινε συστηματική μελέτη της αυθόρμητης καταβύθισης του οξαλικού ασβεστίου σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου. Οι πειραματικές συνθήκες ήταν τέτοιες που να προσομοιάζουν τις συνθήκες κατά την εφαρμογή των χημικών στο σκυρόδεμα (θερμοκρασία 25°C, pH=6.5 και 10). Μελετήθηκε η επίδραση συνθετικών κρυστάλλων μονοένυδρου οξαλικού ασβεστίου (COM) και κόκκων τσιμεντοκονιάματος. Σε όλες τις περιπτώσεις ανιχνεύθηκε το COM στην καταβυθιζόμενη φάση. Οι κρύσταλλοι αναπτύσσονται πάνω στους κόκκους τους τσιμεντοκονιάματος και σχηματίζουν μεγάλα συσσωματώματα. Το μέγεθός τους (8-10 μm) και το σχήμα τους (εξαγωνικό πρισματικό) είναι χαρακτηριστικά που ευνοούν το οξαλικό ασβέστιο να παίξει το ρόλο συνδετικού υλικού σε πορώδη μέσα. Ο κύριος μηχανισμός κρυσταλλικής ανάπτυξης είναι η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων στην επιφάνεια του κρυστάλλου. Τέλος, μελετήθηκε η επί τόπου καταβύθιση του COM σε δοκίμια τσιμεντοκονιάματος. Τα διαλύματα εισέρχονταν στο εσωτερικό του δοκιμίου με τη βοήθεια της βαρύτητας. Στα δοκίμια τσιμεντοκονιάματος πραγματοποιήθηκαν πειράματα τριχοειδούς εισρόφησης νερού και μηχανικής επιφανειακής απότριψης. Κατεργασία του τσιμεντοκονιάματος με διάλυμα οξαλικού νατρίου σε υψηλές θερμοκρασίες, φαίνεται να μειώνει την εισρόφηση του νερού. / A new environmental friendly method, for the stabilization of loose soils to be used as building sites and for the amelioration of the properties of concrete constructions suffering from water leaks or humidity has been developed. The novelty of the proposed method is lying on the in situ precipitation of calcium oxalate monohydrate (COM) within the porous structure of soil or on the pore walls of the construction material (concrete) in order to minimize water leakage. Calcium oxalate, encountered often in kidney stones in the form of COM, is notorious for the formation of hard, non-porous aggregates which adhere tenaciously onto substrates. Calcium oxalate in the form of a protective patina is often met as surface layer in marbles or limestones. Mechanistic information concerning the formation of COM in supersaturated solutions may be obtained in seeded growth experiments. In these experiments, supersaturated solutions are seeded either with seed crystals of the same under investigation salt or of any other insoluble solid material on which the heterogeneous formation of the salt of interest may take place. Among the objectives of the present work was to investigate the role of concrete grains on the nucleation and crystal growth of COM. The analysis of the kinetics data showed that the prevalent mechanism for COM precipitation was surface diffusion. In all cases the only crystalline phase forming in the supersaturated solutions was identified as COM. In the second part of the present work the in situ precipitation of COM into mortar samples was studied. SEM analysis showed that crystallization indeed took place within the pores of the concrete. Best results in terms of waterproofing of concrete material were obtained in the case of treating concrete surfaces with sodium oxalate solution at high temperature.

- / -

- / -

Στόχος της διατριβής αυτής είναι η διερεύνηση της μηχανικής συμπεριφοράς των στοιχείων ΙΑΜ (Ινοπλέγματα Ανόργανης Μήτρας), η μελέτη της εφαρμογή τους για την ενίσχυση των κατασκευών και η χρήση τους με διάφορους άλλους τρόπους στο αντικείμενο του πολιτικού μηχανικού. Η εργασία αυτή αποτελεί μια συγκέντρωση ερευνών και μελετών που έχουν πραγματοποιηθεί κατά καιρούς και αφορούν τα βασικά στοιχεία των ΙΑΜ σε διάφορους τομείς. Πιο συγκεκριμένα η παρούσα εργασία αποτελείται από τα παρακάτω εννιά κεφάλαια: 1. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται εκτενής αναφορά στα υλικά από τα οποία αποτελούνται τα ΙΑΜ. Πιο συγκεκριμένα γίνεται αναφορά στις ίνες, όσον αφορά το είδος τους, καθώς και τις μεθόδους παραγωγής τους, αλλά και τις μεθόδους με τις οποίες οι κλώνοι ινών μετατρέπονται σε πλέγματα. Επίσης μελετούνται η μήτρα του σύνθετου υλικού, όπως και η παραγωγή των στοιχείων ΙΑΜ όταν πλέον έχουν παραχθεί τα επιμέρους υλικά του. 2. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετάται η ανθεκτικότητα, που παρουσιάζουν τα στοιχεία ΙΑΜ υπό την επίδραση διαφόρων παραγόντων, όπως είναι αυτοί του χρόνου, των υψηλών θερμοκρασιών, της υγρασίας κλπ. Στη μέση του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στην εφαρμογή προεμποτισμένων κλώνων ινών για την παραγωγή των ΙΑΜ. 3. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη συνάφεια ή αλλιώς στον δεσμό που δημιουργείται μεταξύ των ιδίων των ινών, των ινών με τη μήτρα κονιαμάτων και των στοιχείων ΙΑΜ με το σκυρόδεμα της κατασκευής που απαιτείται η ενίσχυση. Παράλληλα δίνονται τα προσομοιώματα του δεσμού- συνάφειας αλλά και οι δοκιμές, οι οποίες πραγματοποιούνται για τον έλεγχο των δεσμών αυτών. Στο τέλος του κεφαλαίου γίνεται αναφορά στην επιρροή των συνθηκών του περιβάλλοντος, της προέντασης και του εμποτισμού των ινών στη συνάφεια μεταξύ ινών και μήτρας. 4. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρατίθεται η μηχανική συμπεριφορά των στοιχείων ΙΑΜ όπως έχει μελετηθεί από διάφορους ερευνητές κατά καιρούς, καθώς και οι παράγοντες που την επηρεάζουν. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα προσομοιώματα σχεδιασμού σε εφελκυσμό, κάμψη και διάτμηση. 5. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε μία καινούργια εφαρμογή των ΙΑΜ στις κατασκευές, αυτή της δημιουργίας προκατασκευασμένων στοιχείων. Στο κεφάλαιο αυτό περιλαμβάνονται οι απαιτούμενες εξισώσεις σχεδιασμού καθώς και η μελέτη των πειραματικών δεδομένων που υπάρχουν, για τις περιπτώσεις υποστυλωμάτων και πλακολωρίδας. Τέλος παρουσιάζεται η συνάρτηση κόστους της παραγωγής παραμενόντων τύπων από ΙΑΜ. 6. Στο έκτο κεφάλαιο μελετάται η ενίσχυση των κατασκευών από σκυρόδεμα με την χρήση ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. Μέσα σε αυτό περιλαμβάνονται, οι μηχανισμοί αστοχίας του ενισχυμένου σκυροδέματος, η περίσφιγξη του με την συμπεριφορά της, καθώς και τα προσομοιώματα της, η ενίσχυση έναντι τέμνουσας, η σύγκριση τους με τα αντίστοιχα για την περίπτωση εφαρμογής ινοπλισμένων πολυμερών (ΙΟΠ), καθώς και η εφαρμογή των ΙΑΜ για την ενίσχυση των πλακών. 7. Στο έβδομο κεφάλαιο μελετάται η ενίσχυση της τοιχοποιίας με την χρήση ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας, περιλαμβάνοντας τις καταπονήσεις από φορτίσεις κάμψης και διάτμησης εκτός και εντός επιπέδου. Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται επίσης αναφορά στα συστήματα ενίσχυσης της, καθώς και στις περιπτώσεις ενίσχυσης ιστορικών κτιρίων αλλά και τόξων για την αύξηση της ανθεκτικότητας τους. Τέλος γίνεται μία σύγκριση των ΙΑΜ με τα ΙΟΠ βάση των πειραματικών μελετών που έχουν γίνει στην καταπόνηση τοιχίων. 8. Στο όγδοο κεφάλαιο δίνονται διάφορες εφαρμογές των στοιχείων ΙΑΜ, όσον αφορά το αντικείμενο των πολιτικών μηχανικών, κάποιες από τις οποίες έχουν σκοπό την κάλυψη επιφανειών, την προστασία του περιβάλλοντος, την μόνωση αλλά και την παραλαβή φορτίων. 9. Τέλος, στο ένατο κεφάλαιο γίνεται ο σχολιασμός και τα συμπεράσματα στα οποία καταλήγουμε από την μελέτη των ΙΑΜ σε όλα τα προηγούμενα κεφάλαια σε σύγκριση με τα στοιχεία από ΙΟΠ. Στο τέλος του κεφαλαίου παρατίθενται πιθανά αντικείμενα για περαιτέρω μελλοντική έρευνα των ινοπλεγμάτων ανόργανης μήτρας. / --