Αριθμητική διερεύνηση της εγκάρσιας φόρτισης πασσάλου με αργιλικά εδάφη - Γεωργοπούλου, Νικολαϊς – Νικόλ (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής, 2015)
Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε με σκοπό τη διερεύνηση της εγκάρσιας φόρτισης μεμονωμένου πασσάλου από οπλισμένο σκυρόδεμα σε μαλακό και στιφρό, κορεσμένο αργιλικό έδαφος υπό αστράγγιστες συνθήκες. Υιοθετείται γραμμική κατανομή της αστράγγιστης διατμητικής αντοχής της μαλακής αργίλου με το βάθος, ενώ επιλέγεται σταθερή τιμή αυτής για τη στιφρή άργιλο. Το συγκεκριμένο πρόβλημα μελετάται με χρήση αριθμητικών, αναλυτικών και ημι-εμπειρικών μεθόδων για την προσομοίωση της αλληλεπίδρασης εδάφους-πασσάλου. Αρχικά, παρουσιάζονται μέθοδοι επίλυσης του προβλήματος εγκάρσιας φόρτισης πασσάλου με χρήση απλοποιητικών παραδοχών όπως η θεώρηση ιδεώδους εδάφους Winkler. Έπειτα, παρουσιάζεται η μέθοδος προσομοίωσης του εδάφους με χρήση μη-γραμμικών καμπύλων p-y εδαφικής αντίδρασης-οριζόντιας μετατόπισης. Αναλύεται η διαδικασία χάραξης μη-γραμμικών καμπύλων p-y σύμφωνα με τις μεθοδολογίες της βιβλιογραφίας που αφορούν σε μαλακές και στιφρές αργίλους. Για την εκάστοτε μεθοδολογία διερευνάται παραμετρικά η επιρροή της διαμέτρου του πασσάλου στη μορφή των καμπυλών p-y με έμφαση στην αρχική κλίση της καμπύλης ki (kN/m2) και στην οριακή εδαφική αντίδραση pu (kN/m). Η παραμετρική διερεύνηση περιλαμβάνει πασσάλους διαμέτρου D=0.5m, 1.0m, 1.5m και D=2.0m. Οι αρχικές παρατηρήσεις επί των υφιστάμενων μεθοδολογιών καταδεικνύουν ασάφεια στην επιρροή της διαμέτρου στην αρχική κλίση ki και γενικότερη ασυμφωνία των βιβλιογραφικών αναφορών στα ανωτέρω κύρια χαρακτηριστικά των καμπύλων p-y για δεδομένες εδαφικές ιδιότητες. Συνεπώς, προκύπτει η ανάγκη περαιτέρω διερεύνησης του προβλήματος με αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων. Για τις αναλύσεις αυτές χρησιμοποιείται ο κώδικας πεπερασμένων στοιχείων Abaqus 6.12 και μορφώνεται κατάλληλο τριδιάστατο αριθμητικό προσομοίωμα πασσάλου-εδάφους. Η καταστατική συμπεριφορά του εδάφους «ελέγχεται» από το τροποποιημένο προσομοίωμα Cam-Clay που βασίζεται στη θεωρία κρίσιμης κατάστασης. Προσομοιώνονται τέσσερεις έγχυτοι πάσσαλοι υπό εγκάρσια φόρτιση, διαμέτρου D=0.5m, 1.0m, 1.5m και D=2.0m, με διεπιφάνεια πασσάλου-εδάφους που επιτρέπει πιθανή σχετική ολίσθηση και αποκόλληση. Στη συνέχεια εκτελούνται συζευγμένες αναλύσεις ενεργών τάσεων παρουσία υδροφόρου ορίζοντα στην επιφάνεια του εδάφους. Δεδομένης της μαθηματικής μορφής των καμπύλων p-y για κάθε τύπο αργιλικού εδάφους, συλλέξαμε τα αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων και εξετάσαμε την επίδραση της διαμέτρου του πασσάλου στις παραμέτρους ενδιαφέροντος των καμπυλών (αρχική κλίση ki (kN/m2) και συντελεστής οριακής εδαφικής αντίδρασης Np=pu/(cuD)). Επιπλέον, παρατηρήθηκε αμελητέα επιρροή των συνοριακών συνθηκών κεφαλής του πασσάλου στις καμπύλες p-y, τόσο για μαλακές όσο και για στιφρές αργίλους. Στην πορεία της εργασίας και σε ενδεικτικά αποτελέσματα των παραμετρικών αναλύσεων για τις τρεις εξεταζόμενες διαμέτρους D=1.0m, 1.5m, 2.0m – όντας οι πιο ρεαλιστικές για έγχυτους πασσάλους – διερευνάται το κρίσιμο μήκος του πασσάλου μέσω διαγραμμάτων καμπτικής ροπής και οριζόντιας μετατόπισης κατά μήκος του πασσάλου. Διερευνάται επίσης το βάθος μετάβασης του μηχανισμού αστοχίας σφηνοειδούς μορφής (επιφανειακά) σε αστοχία επίπεδης παραμόρφωσης, μέσω απεικόνισης της κατακόρυφης μετατόπισης του εδάφους με το βάθος. Τέλος, συγκρίνεται για τις διάφορες τιμές της διαμέτρου και σε χαρακτηριστικές αποστάσεις από τον πάσσαλο η οριζόντια μετατόπιση του εδάφους που τον περιβάλλει, στην επιφάνεια του εδάφους, για συγκεκριμένη επιβαλλόμενη εγκάρσια δύναμη κεφαλής. Στο τελικό μέρος της εργασίας, συγκρίνονται τα αποτελέσματα των παραμέτρων αρχικής κλίσης ki (kN/m2) και συντελεστή οριακής εδαφικής αντίδρασης Np από τις αριθμητικές αναλύσεις με τις προτάσεις των βιβλιογραφικών μεθοδολογιών χάραξης καμπύλων p-y. Στόχος της συγκριτικής παρουσίασης είναι η πρόταση εύρους τιμών αυτών των παραμέτρων για τις συγκεκριμένες ιδιότητες των δύο εδαφικών προφίλ που εξετάστηκαν στην εργασία.