Η διογκωμένη πολυστερίνη (eps) είναι ένα αφρώδες πλαστικό υλικό, το οποίο έχει ποικίλες εφαρμογές στις κατασκευές. Μία από αυτές αποτελεί η χρήση του ως υλικό πλήρωσης σε συστήματα σχάρας πεδιλοδοκών, τα οποία χρησιμοποιούνται ευρέως για τη θεμελίωση κτιριακών οικοδομικών έργων.
Η ευεργετική επίδραση του eps στη διαστασιολόγηση πλακών ισογείου ή υπογείου οι οποίες εδράζονται επί πεδιλοδικών μελετήθηκε από το ΕΜΠ/Εργαστήριο Αντισεισμικής Τεχνολογίας. Το Ερευνητικό πρόγραμμα είχε θέμα: "Στατική και δυναμική συμπεριφορά της διογκωμένης πολυστερίνης (eps) ως υλικό πλήρωσης σε συστήματα σχάρας πεδιλοδοκών".
Διεξήχθησαν χαρακτηριστικές τρισδιάστατες αριθμητικές αναλύσεις με πεπερασμένα στοιχεία και δισδιάστατες παραμετρικές αναλύσεις, τόσο υπό στατική, όσο και υπό σεισμική καταπόνηση. Έμφαση δόθηκε στο θέμα της αλληλεπίδρασης του υλικού με τον φέροντα οργανισμό της θεμελίωσης, ενώ ήταν εφικτός και ο προσδιορισμός του ίδιου του υλικού πλήρωσης. Συμπεραίνεται ότι η χρήση του eps σε σχάρες πεδιλοδοκών μπορεί να οδηγήσει σε οικονομικότερη διαστασιολόγηση των πλακών. 

 

γεωαφρός-θεμελιώσεις
 
γεωαφρός-θεμελιώσεις
 
γεωαφρός-θεμελιώσεις
 
γεωαφρός-θεμελιώσεις γεωαφρός-θεμελιώσεις γεωαφρός-θεμελιώσεις

 

Η εφαρμογή του εν λόγω συστήματος μπορεί να επιβάλλεται κατά το σχεδιασμό ενός κτιριακού έγου λόγω της ανεπάρκειας των μεμονωμένων πεδίλων, η οποία μπορεί να οφείλεται είτε στις εδαφικές συνθήκες θεμελίωσης, είτε στα αυξημένα εντατικά μεγέθη που προέρχονται κυρίως από τη σεισμική καταπόνηση. Συνήθως κατά την κατασκευή του συστήματος θεμελίωσης το διαμορφούμενο κενό μεταξύ των πεδιλοδοκών πληρώνεται με επανεπίχωση. Η συνήθης αυτή πρακτική συνδέεται με ένα πλήθος μειονεκτημάτων που επηρεάζουν το σχεδιασμό του έργου. Αρχικά οι ιδιότητες του υλικού επίχωσης είναι μη προσδιορίσιμες και συνεπώς κατα το σχεδιασμό της πλάκας έδρασης δε θεωρείται ακριβής η θεώρηση της ελαστικής έδρασης επί ομοιογενούς εδάφους (Winkler). Επιπροσθέτως η τεχνική της επανεπίχωσης θεωρείται χρονοβόρα και μπορεί να προκαλέσει επιμέρους τεχνικές δυσκολίες, όπως για παράδειγμα καταπόνηση του οπλισμού αναμονής λόγω κίνησης των μηχανημάτων διάστρωσης.

Συνεπώς, η πλήρωση των κενών με γεωαφρό (eps) συντελεί:

  Στην επιτάχυνση του χρόνου κατασκευής

  Στην ακριβέστερη διαστασιολόγηση της πλάκας ισογείου ή υπογείου

 Στη δυνατότητα ρεαλιστικής ανάλυσης της συμπεριφοράς του συστήματος θεμελίωσης καθώς οι μηχανικές ιδιότητες του χρησιμοποιούμενου υλικού είναι επακριβώς γνωστές.

 

Αναλυτικά, κατόπιν τρισδιάστατης προσομοίωσης και δισδιάστατων παραμετρικών αναλύσεων προέκυψαν τα παρακάτω αποτελέσματα:

 


1. Σύστημα πλακών (5m x 5m) με πεδιλοδοκούς (0,30m x 1,00m)


 

 

Η ύπαρξη διογκωμένης πολυστερίνης κάτω από τις πλάκες θεμελίωσης πάχους 7cm για δείκτη εδάφους ks=10 MN/m3 μειώνει δραματικά τη μέγιστη ροπή ανοίγματος σε ποσοστό της τάξης του 97% (eps50), 99% (eps80) και 100% (eps100) σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός. Στην περίπτωση πιο δύσκαμπτου εδάφους με ks=100ΜΝ/m3, οι αντίστοιχες μειώσεις ανέρχονται σε 51% (eps50), 91% (eps80) και 94% (eps100) για τις ροπές για την περίπτωση της κεντρικής πλάκας.

 


2. Σύστημα πλακών (5m x 5m) με πεδιλοδοκούς (0,25m x 0,70m)


 

 

Η ύπαρξη διογκωμένης πολυστερίνης κάτω από τις πλάκες θεμελίωσης πάχους 7cm για δείκτη εδάφους ks=10 MN/m3 μειώνει δραματικά τη μέγιστη ροπή ανοίγματος σε ποσοστό της τάξης του 100% (eps50), 98% (eps80) και 99% (eps100) σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός. Στην περίπτωση πιο δύσκαμπτου εδάφους με ks=100ΜΝ/m3, οι αντίστοιχες μειώσεις ανέρχονται σε 100% (eps50), 93% (eps80) και 95% (eps100) για τις ροπές για την περίπτωση της κεντρικής πλάκας.

 

 


3. Σύστημα πλακών (4m x 7m) με πεδιλοδοκούς (0,30m x 1,00m)


 

Η ύπαρξη διογκωμένης πολυστερίνης κάτω από τις πλάκες θεμελίωσης πάχους 7cm για δείκτη εδάφους ks=10 MN/m3 μειώνει δραματικά τη μέγιστη ροπή ανοίγματος σε ποσοστό της τάξης του 96% (eps50), 98% (eps80) και 99% (eps100) κατά τη διεύθυνση x-x  και 97% (eps50), 99% (eps80) και 100% (eps100) κατά τη διεύθυνση ψ-ψ σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός. Στην περίπτωση πιο δύσκαμπτου εδάφους με ks=100ΜΝ/m3, οι αντίστοιχες μειώσεις ανέρχονται σε 100% (eps50), 94% (eps80) και 96% (eps100) για τις ροπές για την περίπτωση του κεντρικού ανοίγματος κατά τη διεύθυνση x-x και 100% (eps50), 92% (eps80) και 94% (eps100)  κατά τη διεύθυνση ψ-ψ σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός.

 

 


4. Σύστημα πλακών (4m x 7m) με πεδιλοδοκούς (0,25m x 0,70m)


 

Η ύπαρξη διογκωμένης πολυστερίνης κάτω από τις πλάκες θεμελίωσης πάχους 7cm για δείκτη εδάφους ks=10 MN/m3 μειώνει δραματικά τη μέγιστη ροπή ανοίγματος σε ποσοστό της τάξης του 100% (eps50), 97% (eps80) και 98% (eps100) κατά τη διεύθυνση x-x και 100% (eps50), 98% (eps80) και 99% (eps100) κατά τη διεύθυνση ψ-ψ σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός. Στην περίπτωση πιο δύσκαμπτου εδάφους με ks=100ΜΝ/m3, οι αντίστοιχες μειώσεις ανέρχονται σε 100% (eps50), 95% (eps80) και 97% (eps100) για τις ροπές για την περίπτωση του κεντρικού ανοίγματος κατά τη διεύθυνση x-x και 100% (eps50), 91% (eps80) και 93% (eps100) κατά τη διεύθυνση ψ-ψ σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός.

 


5. Σύστημα πλακών (6m x 6m) με πεδιλοδοκούς (0,30m x 1,00m)


 

Η ύπαρξη διογκωμένης πολυστερίνης κάτω από τις πλάκες θεμελίωσης πάχους 7cm για δείκτη εδάφους ks=10 MN/m3 μειώνει δραματικά τη μέγιστη ροπή ανοίγματος σε ποσοστό της τάξης του 100% (eps50), 100% (eps80) και 100% (eps100) σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός. Στην περίπτωση πιο δύσκαμπτου εδάφους με ks=100ΜΝ/m3, οι αντίστοιχες μειώσεις ανέρχονται σε 98% (eps50), 99% (eps80) και 99% (eps100) για τις ροπές για την περίπτωση της κεντρικής πλάκας.

 


6. Σύστημα πλακών (6m x 6m) με πεδιλοδοκούς (0,25m x 0,70m)


 

Η ύπαρξη διογκωμένης πολυστερίνης κάτω από τις πλάκες θεμελίωσης πάχους 7cm για δείκτη εδάφους ks=10 MN/m3 μειώνει δραματικά τη μέγιστη ροπή ανοίγματος σε ποσοστό της τάξης του 99% (eps50), 100% (eps80) και 100% (eps100) σε σχέση με την περίπτωση πλάκας πάχους 20cm όπου δεν τοποθετείται γεωαφρός. Στην περίπτωση πιο δύσκαμπτου εδάφους με ks=100ΜΝ/m3, οι αντίστοιχες μειώσεις ανέρχονται σε 97% (eps50), 99% (eps80) και 100% (eps100) για τις ροπές για την περίπτωση της κεντρικής πλάκας.


 

 

Τα κατασκευαστικά και οικονομικά οφέλη από τη χρήση διογκωμένης πολυστερίνης προσδιορίστηκαν έπειτα από μια συνοπτική προμέτρηση. Όσον αφορά στις ποσότητες των κατασκευαστικών υλικών, διαπιστώθηκε ότι η θεμελίωση με χρήση γεωαφρού σε σχέση με τις συνήθεις συνθήκες θεμελίωσης επιφέρει:

  Μείωση κατά 80% σε οπλισμό ανοίγματος και στήριξης,

♦  Μείωση στον όγκο του σκυροδέματος κατά 20% και 25% για σχάρα πλακών 5 x 5 και 4 x 7 και διαστάσεις πεδιλοδοκών 0,30x1,00 και 0,25x0,70 αντίστοιχα
.

Το eps100 είναι περισσότερο αποδοτικό αναφορικά με τη μείωση σε βέλη κάψης και ροπές. Δεδομένου όμως ότι απαιτείται ο ελάχιστος οπλισμός στην περίπτωση χρήσης είτε του eps50 ή του eps100, προτείνεται η επιλογή του οικονομικότερου εκ των δυο.


 

Με δεδομένο ότι οι σχάρες πεδιλοδοκών αποτελούν πλέον μια πολύ συνηθισμένη και αξιόπιστη μέθοδο θεμελίωσης κτιριακών έργων (ιδιαίτερα σε περιοχές με χαλαρές εδαφικές συνθήκες και σεισμική επικινδυνότητα), η χρήση του γεωαφρού για την πλήρωση των κενών μεταξύ των πεδιλοδοκών αποτελεί μια ταχύτατη και πρακτική λύση καθώς:

♦  Λόγω της τυποποίησης της κατασκευής και της μείωσης των συνεργείων (χωματουργικά, ξυλότυποι), μειώνεται δραματικά ο χρόνος κατασκευής

♦  Σε αντίθεση με την πάγια πρακτική (δηλαδή αμφιβόλου ποιότητας υλικά επίχωσης και πλημμελής διαδικασία συμπύκνωσης), το eps συμπεριφέρεται προβλέψιμα σε βάθος χρόνου (όπως έχει αποδειχθεί κι από σχετικές μελέτες και εφαρμογές σε έργα οδοποιίας και γεφυροποιίας) και έτσι διασφαλίζεται απόλυτα η συμπεριφορά του υλικού στη διάρκεια ζωής της κατασκευής.