Παθητική σταθεροποίηση υπόγειων αγωγών έναντι επίπλευσης λόγω σεισμικής ρευστοποίησης - Κυμπούρη, Μαντώ (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Γεωτεχνικής, 2018)
Οι υπόγειοι αγωγοί αντιμετωπίζουν το φαινόμενο της ανύψωσης, και πιθανώς επίπλευσης, εξαιτίας ρευστοποίησης του περιβάλλοντος εδάφους κατά τη διάρκεια έντονων σεισμικών διεγέρσεων. O κίνδυνος αυτός αφορά εγκιβωτισμό αγωγών σε κορεσμένα, χαλαρά μη συνεκτικά εδάφη για τα οποία ελλοχεύει ο κίνδυνος σεισμικής ρευστοποίησης. Ειδικά για την αποφυγή ανύψωσης λόγω ρευστοποίησης σε υφιστάμενους υπόγειους αγωγούς, ενδείκνυται η εκσκαφή και επανεπίχωση με μη-ρευστοποιήσιμα υλικά, ή η τοποθέτηση σταθεροποιητικών κατασκευών, στραγγιστηρίων, ή αγκυρώσεων. Μια εναλλακτική μέθοδος αποφυγής της ανύψωσης για υφιστάμενους αγωγούς αποτελεί η παθητική σταθεροποίηση του εδάφους γύρω από τον αγωγό με εισπίεση κολλοειδούς πυριτίας, η χρήση της οποίας για το σκοπό αυτό έχει διερευνηθεί από τους Towhata et al. (2013). Το βασικό πλεονέκτημα της μεθόδου είναι η ταχεία εφαρμογή χωρίς απαίτηση εκσκαφής, ή διακοπή λειτουργίας του αγωγού. Έτσι, στην εργασία αυτή έγινε αριθμητική διερεύνηση της παθητικής σταθεροποίησης ως μεθόδου αποφυγής της ανύψωσης, και βελτιστοποίηση της αναγκαίας ποσότητας κολλοειδούς πυριτίας χάριν μείωσης κόστους, με χρήση της μεθόδου πεπερασμένων διαφορών (FLAC). Η ανάλυση έγινε ευχερώς με χρήση του υπάρχοντος καταστατικού προσομοιώματος για άμμους NTUA-Sand (Andrianopoulos et al. 2010a, b). Ως πρώτο βήμα, διερευνήθηκε η αξιοπιστία της αριθμητικής μεθοδολογίας μέσω σύγκρισης με το δυναμικό πρόβλημα φυγοκεντριστή των Chian et al. (2014) που αφορά σε υπόγειο αγωγό σε ρευστοποιήσιμο έδαφος μεγάλης έκτασης, και υπέδειξε ικανοποιητική ακρίβεια πρόβλεψης των πειραματικών αποτελεσμάτων. Επιπλέον, η βαθμονομημένη αριθμητική μεθοδολογία έδειξε ότι ένας υπόγειος αγωγός σε καθεστώς ρευστοποίησης ανυψώνεται μόνο κατά τη διάρκεια της δόνησης, με το μέγεθος της τελικής ανύψωσης να αυξάνει με τη διάμετρο του αγωγού, τη διάρκεια, την ένταση και την περίοδο της διέγερσης, ενώ μειώνεται με το βάθος εγκιβωτισμού του σε συμφωνία με τη βιβλιογραφία (π.χ. Marinatou et al. 2017). Επιπλέον υποδείχθηκε ότι για μικρά βάθη εγκιβωτισμού, η περιοχή πάνω από τον αγωγό δε ρευστοποιείται αλλά εμφανίζει μικρές υπερπιέσεις πόρων. Η προσομοίωση της ύπαρξης της κολλοειδούς πυριτίας στο υγρό πόρων έγινε με απομείωση του μέτρου συμπιεστότητάς του (Andrianopoulos et al. 2016, Αγαπουλάκη 2017) σε συζευγμένες δυναμικές αναλύσεις. Οι αριθμητικές αναλύσεις επιβεβαίωσαν ότι η παθητική σταθεροποίηση του εδάφους με χρήση κολλοειδούς πυριτίας βοηθάει στη μείωση της ανύψωσης του αγωγού υπό σεισμική διέγερση, καθώς μειώνονται οι υπερπιέσεις των πόρων στη γειτονιά του αγωγού. Βρέθηκε επίσης ότι η εφαρμογή της παθητικής σταθεροποίησης είναι αποτελεσματική όταν εφαρμόζεται σε περιοχές με υψηλές τιμές λόγου υδατικών υπερπιέσεων, και συγκεκριμένα όταν ru > 0.5. Συνεπώς, καθώς οι υπερπιέσεις πόρων που αναπτύσσονται πάνω από τον αγωγό είναι σημαντικά μικρότερες, η ανάγκη για σταθεροποίηση του εδάφους εμφανίζεται κυρίως πλευρικά και κάτω από τον αγωγό, σε αδρή συμφωνία με τα πειράματα του Towhata et al. (2013). Παραμετρικές αριθμητικές αναλύσεις υπέδειξαν ότι θεωρώντας τη σταθεροποιημένη περιοχή ένα ορθογώνιο με ύψος L και πλάτος Β, προκύπτει ανάγκη σχετικά μεγάλου εμβαδού Α ( = 6.8 Ααγωγού, όπου Ααγωγού το εμβαδό της διατομής του αγωγού) ώστε να επιτευχθεί η μέγιστη δυνατή απομείωση της ανύψωσης (που προκύπτει για σταθεροποίηση όλου του εδάφους). Ειδικότερα βρέθηκε ότι για αγωγούς με σχετικά μικρό λόγο εγκιβωτισμού, καθοριστικό ρόλο παίζει το πλάτος Β, διότι διευρύνει την περιοχή των χαμηλών υπερπιέσεων πάνω από τον αγωγό, η οποία δρα σταθεροποιητικά γι’ αυτόν. Σε κάθε περίπτωση, η ύπαρξη ύψους L περίπου ίσο με τη διάμετρο D του αγωγού (έτσι ώστε να τον καλύπτει πλευρικά) κρίνεται αναγκαία για την αποτελεσματική απομείωση της ανύψωσης. Οι αναλύσεις υπέδειξαν επίσης ότι η μέθοδος παθητικής σταθεροποίησης γίνεται συγκριτικά πιο αποτελεσματική όταν μικραίνει η αναμενόμενη ανύψωση σε καθεστώς ρευστοποίησης, π.χ. για μικρούς ή βαθιά εγκιβωτισμένους αγωγούς, ή για μικρής έντασης διεγέρσεις. Αυτό το συμπέρασμα σχετίζεται και με τον τρόπο που προσομοιώνεται αριθμητικά η παθητική σταθεροποίηση, και όχι με την ίδια τη μέθοδο της παθητικής σταθεροποίησης που διαφαίνεται ποσοτικά πιο αποτελεσματική στα πειράματα (π.χ. Towhata et al. 2013) απ’ ότι στις αριθμητικές αναλύσεις. Αυτό υποδεικνύει και ένα περιορισμό της παρούσας εργασίας, δηλαδή ότι οι αναλύσεις δεν έγιναν με εξειδικευμένο καταστατικό προσομοίωμα για σταθεροποιημένες άμμους, καθώς δεν υφίσταται κάποιο τέτοιο στη βιβλιογραφία. Άλλος περιορισμός είναι ότι οι αναλύσεις είχαν ως αφετηρία το δυναμικό πείραμα φυγοκεντριστή των Chian et al. (2014), και αφορούσαν μεγάλης διαμέτρου αγωγό και μεγαλο-περίοδη αρμονική διέγερση σε ένα ευρύ και βαθύ έδαφος (χωρίς τάφρο). Συνεπώς, τα συμπεράσματα που προέκυψαν θα πρέπει να επαληθευτούν για πιο συνήθεις αγωγούς, που υποβάλλονται σε ρεαλιστικές σεισμικές διεγέρσεις και βρίσκονται εγκιβωτισμένοι σε τάφρους. Σε κάθε περίπτωση, αναμένονται αποκλειστικά ποσοτικές και όχι ποιοτικές αλλαγές στα βασικά συμπεράσματα της εργασίας.