Συμβολή στη σεισμική τρωτότητα και διακινδύνευση συγκοινωνιακών δικτύων σε αστικό περιβάλλον

Abstract

The thesis aims to study seismic vulnerability and risk of road network within urban area, with emphasis to roads, bridges and shallow tunnels, based on the evaluation of existing approaches and the proposal of new ones. The city of Thessaloniki constitutes the basic site for the application of the different approaches. The characteristics of road network are described, potential damage patterns are classified and an inventory catalog for each component is proposed. Review of available risk assessment methodologies includes the classification of typology, estimation of vulnerability, importance, restoration process and seismic hazard. The vulnerability of roads due to ground failure and collapse of adjacent buildings is examined. In the first case, the available fragility curves are evaluated based on experience from past earthquakes in Greece. In the second case, the possible collapse types are classified and simplified models are proposed, while a probabilistic approach for the road closure risk assessment is developed. For bridges, a detailed data base for Thessaloniki area is presented and available methods for the fragility assessment are evaluated, which are based on vulnerability indices and analytical or empirical fragility curves. Through applications, the influence of seismic hazard, soil conditions and assessment method is examined. An alternative approach, which includes the calibration of empirical curves based on vulnerability indices is presented. For shallow metro tunnel in alluvial deposits, a simple yet comprehensive methodology is proposed to construct fragility curves, based on numerical approaches, which is applied in typical tunnel cross sections and soil profiles. Defining different damage states, the fragility curves could be derived as a function of peak ground acceleration at the surface, considering the related uncertainties. The proposed methodology is applied for the vulnerability analysis of Thessaloniki metro. Regarding the seismic risk management, an approach that aims to the assessment of global value of each element at risk is proposed and applied, while preliminary damage restoration curves are given. For bridges, the risk is estimated in terms of economic losses, considering the impact of various parameters of uncertainty. Based on the results of Thessaloniki’s road network, a reliability analysis is performed for specific routes. Finally, a general layout for the seismic risk management and mitigation is proposed.

Η διατριβή στοχεύει στη διερεύνηση της σεισμικής τρωτότητας και διακινδύνευσης του οδικού δικτύου σε αστικό περιβάλλον με έμφαση στις οδούς, γέφυρες και σήραγγες μικρού βάθους, αξιολογώντας διαθέσιμες μεθόδους και προτείνοντας νέες με βασικό πεδίο εφαρμογής τη Θεσσαλονίκη. Περιγράφονται τα γνωρίσματα του δικτύου, δίνονται βασικοί ορισμοί, γίνεται ταξινόμηση των μορφών αστοχίας και προτείνεται κατάλογος απογραφής των απαιτούμενων για την ανάλυση στοιχείων. Γίνεται επισκόπηση διαθέσιμων μεθόδων αποτίμησης της σεισμικής διακινδύνευσης, τυπολογικής κατάταξης, εκτίμησης της τρωτότητας, σπουδαιότητας, ρυθμού αποκατάστασης και σεισμικής επικινδυνότητας. Για τις οδούς εξετάζεται η τρωτότητα λόγω εδαφικής αστοχίας και κατάρρευσης κτιρίων. Στην πρώτη περίπτωση αξιολογούνται διαθέσιμες καμπύλες τρωτότητας με βάση προηγούμενους σεισμούς του ελλαδικού χώρου. Στη δεύτερη, ταξινομούνται οι μορφές κατάρρευσης, συσχετίζονται με το σύστημα δόμησης και προτείνονται γεωμετρικά προσομοιώματα, ενώ αναπτύσσεται μια πιθανοτική προσέγγιση εκτίμησης του κινδύνου αποκλεισμού της οδού. Για τις γέφυρες παρουσιάζεται τεκμηριωμένη βάση δεδομένων για την Θεσσαλονίκη, ενώ αξιολογούνται διαθέσιμες μέθοδοι αποτίμησης της τρωτότητας, που βασίζονται σε ερωτηματολόγια και καμπύλες τρωτότητας. Μέσω εφαρμογών εξετάζεται η επιρροή της σεισμικής επικινδυνότητας, των εδαφικών συνθηκών και της μεθόδου εκτίμησης και παρουσιάζεται μια εναλλακτική προσέγγιση όπου οι εμπειρικές καμπύλες βαθμονομούνται με δείκτες τρωτότητας. Για τις σήραγγες μικρού βάθους σε αλλουβιακές αποθέσεις προτείνεται μια αναλυτική μεθοδολογία για την χάραξη καμπυλών τρωτότητας, βασισμένη σε αριθμητικές μεθόδους, που εφαρμόζεται σε τυπικές διατομές σηράγγων και τυπικά εδαφικά προσομοιώματα. Ορίζοντας διαφορετικές στάθμες βλάβης προκύπτουν νέες καμπύλες τρωτότητας ως συνάρτηση της μέγιστης εδαφικής επιτάχυνσης. Η προτεινόμενη μεθοδολογία εφαρμόζεται στο μετρό Θεσσαλονίκης. Σχετικά με τη διαχείριση της διακινδύνευσης περιγράφεται και εφαρμόζεται μια προσέγγιση που στοχεύει στην ιεράρχηση της σπουδαιότητας των συνιστωσών μέσω βαθμονόμησης της ολικής τους αξίας. Προτείνονται καμπύλες αποκατάστασης των βλαβών με το χρόνο, ενώ για τις γέφυρες, η διακινδύνευση αποτιμάται με οικονομικούς όρους διερευνώντας την επιρροή παραμέτρων αβεβαιότητας. Mε βάση τα αποτελέσματα για το δίκτυο Θεσσαλονίκης γίνεται ανάλυση αξιοπιστίας συγκεκριμένων διαδρομών. Τέλος προτείνεται ένα γενικό σχήμα δράσεων διαχείρισης της διακινδύνευσης.