2008-2010_21_Terzi Vassiliki by Pro.Syn.Apo

Μελέτη αποκατάστασης της Χάνας στο Δήμο Τραϊανούπολης Νομού Έβρου

Restoration study of Chana, Municipality of Traianoupolis, Evros Prefecture:

Αποτίμηση φέρουσας ικανότητας – αξιολόγηση μεθόδων επέμβασης

Bearing capacity assessment – evaluation of reinforcement methods

Διπλωματική εργασία Bασιλική Τερζή Πολιτικός Μηχανικός

Postgraduate thesis Vasiliki Terzi Civil Engineer

Επιβλέποντες Γεώργιος Καραδέδος Αναπλ. Καθηγητής, Τμήμα Αρχιτεκτόνων Μηχανικών

Supervisors Georgios Karadedos Associate Professor, School of Architecture

Χρήστος Ιγνατάκης Καθηγητής, Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών

Christos Ignatakis Professor, School of Civil Engineering

113

01 Η Χάνα στο Δήμο Τραϊανούπολης, Νομού Έβρου. Chana in the Municipality of Traianoupolis, Evros Prefecture. 02 Τρισδιάστατο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων αρχικής μορφής του μνημείου. 3D model of finite elements of the initial form of the monument.

21 Το αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας αφορά στη μελέτη στατικής αποκατάστασης της Χάνας, ενός από τα πρωιμότερα χάνια των Βαλκανίων, το οποίο βρίσκεται στο Δήμο Τραϊανούπολης, Νομού Έβρου. Η Τραϊανούπολη, ένα ακμαίο διοικητικό και στρατιωτικό κέντρο στο 14ο αιώνα, που διέθετε ιαματικές πηγές και ήταν σταθμός της Εγνατίας οδού ήδη από τη ρωμαϊκή εποχή, ήταν ιδανικός τόπος για να κτίσει ο Γαζή Εβρενός μπέης τη Χάνα, μεταξύ 1375-1385. Το 1485-1487 κτίζεται δίπλα στη Χάνα από τον Κοτζά Νταβούτ πασά το παλαιότερο από τα σωζόμενα λουτρικά κτίσματα. Στο τέλος του 18ου με αρχές 19ου αιώνα κτίζεται το δεύτερο λουτρικό κτίσμα και στο τέλος του 19ου αιώνα με αρχές 20ού αιώνα κτίζεται ανάμεσά τους ένα βοηθητικό κτίσμα. Στην ίδια περίοδο καταρρέει η καμάρα του πρώτου χώρου της Χάνας. Η πλήρης καταστροφή της πρόσοψης και του προθαλάμου της Χάνας πρέπει να έγινε το 1939 κατά τη διάρκεια κατασκευής της εθνικής οδού. Το 1964 η περιοχή της Τραϊανούπολης κηρύχθηκε αρχαιολογικός χώρος. Η Χάνα αποτελείται από δύο συνεχόμενους χώρους. Η κάτοψη του μνημείου έχει διαστάσεις 38,8 x 13 μ., με προθάλαμο 10,2 x 9,2 μ. και κύριο χώρο 25,2 x 10,2 μ. Το μνημείο διαθέτει μία κεντρική τοξωτή είσοδο, πλάτους 2,8 μ., η οποία είναι κατασκευασμένη από κοκκικόνοχρωμους οπτόπλινθους. Οι τοιχοποιίες διαθέτουν ύψος ίσο με 4 μ. και είναι δομημένες κατά το πλινθοπερίκλειστο σύστημα. Η δίριχτη στέγη επικάθονταν σε στρώμα από ακανόνιστους λίθους με κονίαμα. Με τα στοιχεία που έχουμε από την ίδια τη Χάνα, από φωτογραφίες της πρόσοψής της το 1934 πριν από την

Δ.Π.Μ.Σ. «ΠΡΟΣΤΑΣΊΑ, ΣΥΝΤΉΡΗΣΗ & ΑΠΟΚΑΤΆΣΤΑΣΗ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΏΝ ΜΝΗΜΕΊΩΝ». ΘΈΜΑΤΑ ΕΡΓΑΣΤΗΡΊΟΥ ΔΙΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΉΣ ΣΥΝΕΡΓΑΣΊΑΣ & ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΈΣ ΕΡΓΑΣΊΕΣ 2008-2010 I.P.P.S. “PROTECTION, CONSERVATION & RESTORATION OF ARCHITECTURAL MONUMENTS”. INTERDISCIPLINARY COLLABORATION STUDIO PROJECTS & POSTGRADUATE THESES 2008-2010

This postgraduate thesis concerns the study of static restoration of Chana, one of the earliest khans in the Balkans, a monument located in the Municipality of Traianoupolis, Evros Prefecture, Greece. Traianoupolis, a very powerful military and administrative center during the 14th century, which had thermal springs and was one of the stations on Via Egnatia, was the most appropriate place according to Gazi Evrenos Bey for the construction of Chana, between 1375-1385. Around 1485-1487, Koca Davut Pasha constructs next to Chana the first balneotherapy facility. In the end of the 18th and the beginning of the 19th century, a second balneotherapy structure is erected, while between the end of the 19th and the beginning of the 20th century, an auxiliary structure is built and a first partial destruction of the antechamber of Chana occurs. The total destruction of the façade and of the antechamber of Chana probably took place in 1939, during the construction of the national road. In 1964, the area of Traianoupolis was declared as an archeological site by the Greek Ministry of Culture. Chana is comprised of two chambers in a row, with overall dimensions of the ground plan 38.8 x 13 m; the internal dimensions of the antechamber are 10.2 x 9.2 m and of the main chamber 25.2 x 10.2 m. The monument has an arched entrance, 2.8 m wide, constructed by red bricks and tuff. The walls are 4 m high, constructed with cloisonné masonry. A layer constructed of rubble stones and connecting mortar supported the pitched roof. The observation of the monument, old photographs of the central entrance, taken before its collapse and the comparison between Chana and the khan of Gazi Mihal Bey, in Gölpazari in Bilecik province, Turkey, that

03 Άνοψη εικόνας παθολογίας του φορέα υπό τη θεώρηση κατάργησης της λειτουργίας των ξύλινων ελκυστήρων. Pathology of the load bearing structure in the case of cease of the function of the wooden ties – View from above.

πλήρη κατάρρευση, και από συγκρίσεις με το χάνι του Γαζή Μιχαήλ μπέη στο Gölpazari της επαρχίας Bilecik της Τουρκίας του 1415-1418, το οποίο ο Kiel θεωρεί ότι αντιγράφει τη Χάνα της Τραϊανούπολης, οδηγούμαστε με μεγάλη βεβαιότητα στη γραφική αναπαράσταση της μορφής του μνημείου, η οποία χαρακτηρίζεται από απόλυτη συμμετρία και μνημειακότητα. Το πρώτο τμήμα της διπλωματικής εργασίας αφορά στη διερεύνηση της θέσης του μνημείου στο γεωγραφικό και ιστορικό πλαίσιο της περιοχής. Ακολουθεί η περιγραφή της κατασκευαστικής δομής της Χάνας, της υπάρχουσας παθολογίας και του ιστορικού των προηγούμενων επεμβάσεων. Το δεύτερο και μεγαλύτερο τμήμα της έρευνας αφορά στη διερεύνηση της στατικής απόκρισης της κατασκευής, υπό τη δράση μόνιμων, κινητών και σεισμικών φορτίων, η οποία πραγματοποιήθηκε με τη χρήση του κώδικα πεπερασμένων στοιχείων ΑDINA. Προκειμένου να συγκεντρωθούν πληροφορίες απαραίτητες για τη στατική ανάλυση της κατασκευής, διενεργήθηκαν δειγματοληψίες υλικών, οι οποίες περιελάμβαναν τη λήψη 6 οπτοπλίνθων και 4 λίθων. Τα διαμορφωμένα δοκίμια υποβλήθηκαν σε μονοαξονική θλιπτική αντοχή, ενώ προσδιορίστηκε και η πυκνότητά τους. Τα μηχανικά χαρακτηριστικά όλων των δομικών συστημάτων προσδιορίστηκαν βάσει των διατάξεων του EC6. Όσον αφορά στη συμπεριφορά των υλικών,

is dated in 1415-1418 and is considered to follow stylistically Chana, according to Kiel, provide with great certainty the 3D reconstruction of the original form of the monument, which is characterized by absolute symmetry and monumentality. The first part of the present thesis approaches the monument with regard to its geographical position and historical context, followed by the description of the structural system, the present pathology and the description of previous interventions. The second and longest part of the research concerns the study of the structural response of the monument to static and seismic loading, which is carried out using the finite element code ADINA. In order to collect all the vital information concerning the materials of the structure, 6 samples of brick and 4 samples of stone were tested under compression loading in the laboratory while their density was estimated, as well. The mechanical characteristics of all structural types were determined by the use of EC6 while their behaviour was represented by the use of the non-linear concrete model provided by the ADINA code, also compatible in the case of stone masonry. The models are formed in 3D dimensions by the use of 3D finite elements for the masonry and 2D finite elements for the wooden ties. The first finite element models refer to the initial form of the load bearing structure 114

115

BΑΣΙΛΙΚΉ ΤΕΡΖΉ - ΜΕΛΈΤΗ ΑΠΟΚΑΤΆΣΤΑΣΗΣ ΤΗΣ ΧΆΝΑΣ ΣΤΟ ΔΉΜΟ ΤΡΑΪΑΝΟΎΠΟΛΗΣ ΝΟΜΟΎ ΈΒΡΟΥ: ΑΠΟΤΊΜΗΣΗ ΦΈΡΟΥΣΑΣ ΙΚΑΝΌΤΗΤΑΣ – ΑΞΙΟΛΌΓΗΣΗ ΜΕΘΌΔΩΝ ΕΠΈΜΒΑΣΗΣ VASILIKI TERZI - RESTORATION STUDY OF CHANA, MUNICIPALITY OF TRAIANOUPOLIS, EVROS PREFECTURE: BEARING CAPACITY ASSESSMENT – EVALUATION OF REINFORCEMENT METHODS

χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο υλικού σκυροδέματος, το οποίο πρόκειται για ένα μη γραμμικό μοντέλο υλικού που δύναται να χρησιμοποιηθεί και στην περίπτωση λιθοσωμάτων. Τα προσομοιώματα διαμορφώνονται στο χώρο των τριών διαστάσεων με τη χρήση τρισδιάστατων πεπερασμένων στοιχείων για τις τοιχοποιίες και γραμμικών στοιχείων για τη λειτουργία των ξύλινων ελκυστήρων. Η πρώτη σειρά αριθμητικών προσομοιωμάτων αφορούν στη διαμόρφωση του φορέα, βάσει της γραφικής αποκατάστασης της αρχικής μορφής. Στα πλαίσια της διερεύνησης της απόκρισης του μνημείου, πραγματοποιούνται αναλύσεις υπό τους συνδυασμούς θεώρησης πακτωμένης και ελαστικής θεμελίωσης και υπό τη θεώρηση λειτουργίας και κατάργησης των ξύλινων ελκυστήρων. Το κύριο χαρακτηριστικό των αναλύσεων αφορά στη θεώρηση της σταδιακής κατασκευής μέσω της δυνατότητας γέννεσης των πεπερασμένων στοιχείων και συμμετοχή τους στα μητρώα μάζας και δυσκαμψίας. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων αφορούν στις αναπτυσσόμενες μετακινήσεις υπό τη δράση των κατακόρυφων και σεισμικών φορτίων, στις αναπτυσσόμενες τάσεις και στην εικόνα παθολογίας βάσει των εφελκυστικών ρηγματώσεων καθώς και αστοχιών λόγω σύνθλιψης. Κατόπιν της εκτίμησης της φέρουσας ικανότητας του αρχικού φορέα και της αιτιολόγησης της παθολογίας βάσει των αριθμητικών αναλύσεων, ακολουθεί η διερεύνηση της συμπεριφοράς του υφιστάμενου φορέα υπό την πρόταση αποκατάστασης. Από αρχιτεκτονικής απόψης προτείνονται: η συμπλήρωση του όγκου της κατασκευής, υπό την εικόνα της γραφικής αποκατάστασης, με τη χρήση πάνελ, η κατασκευή νέας δίριχτης κεραμοσκεπούς στέγης, η οποία δεν θα επιβαρύνει τον ημικυλινδρικό θόλο αλλά τα φορτία της θα μεταφέρονται στις επιμήκεις τοιχοποιίες μέσω μεταλλικής κατασκευής δοκών και υποστυλωμάτων, και η τοποθέτηση ξύλινων δοκών στις θέσεις των ελκυστήρων. Από στατικής άποψης, προτείνονται: ο καθαρισμός και η πλήρωση των ρωγμών, η εξυγίανση ή απομάκρυνση κατεστραμμένων δομικών στοιχείων και η τοποθέτηση προεντεταμένων μεταλλικών ελκυστήρων στις άνω παρειές των ξύλινων δοκών. Το προσομοίωμα της υπάρχουσας κατάστασης διαμορφώνεται βάσει της δυνατότητας θανάτου των πεπερασμένων στοιχείων, δηλαδή κατάργηση της συμμετοχής των πεπερασμένων στοιχείων από τα μητρώα μάζας και δυσκαμψίας, τα οποία αντιστοιχούν σε δομικές ενότητες, οι οποίες δεν υπάρχουν πλέον στην κατασκευή. Το κύριο χαρακτηριστικό της ανάλυσης είναι ότι το προσομοίωμα του υφιστάμενου φορέα διατηρεί την παθολογία του αρχικού κατόπιν της δράσης των κατακόρυφων φορτίων, της κατάργησης της λειτουργίας των ξύλινων ελκυστήρων και της αφαίρεσης του σημαντικού φορτίου της αρχικής δίριχτης στέγης.

Οι αναλύσεις απόκρισης αφορούν στη δράση του ιδίου βάρους της κατασκευής, των μόνιμων και κινητών φορτίων της νέας δίριχτης στέγης και της σεισμικής φόρτισης υπό την έννοια οριζόντιας εγκάρσιας επιτάχυνσης αυξανόμενης τιμής. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων αφορούν στις αναπτυσσόμενες μετακινήσεις υπό τη δράση των κατακόρυφων και σεισμικών φορτίων, στις αναπτυσσόμενες τάσεις και στην εικόνα παθολογίας βάσει των εφελκυστικών ρηγματώσεων καθώς και αστοχιών λόγω σύνθλιψης. Η διερεύνηση της απόκρισης του ενισχυμένου φορέα ολοκληρώνεται με την διαστασιολόγηση των μεταλλικών ελκυστήρων και της πλάκας αγκύρωσης βάσει ενός ικανοτικού σχεδιασμού. Κύριος στόχος είναι η απόκλιση της καταστροφής της τοιχοποιίας του μνημείου με την πρώιμη αστοχία των μεταλλικών ελκυστήρων. Το παραπάνω έχει ως αποτέλεσμα την απομείωση της διατομής των μεταλλικών στοιχείων.

04 Τομή πρότασης αποκατάστασης (Καλαφατζής Ιωάννης 2008). Restoration proposal – Section (Kalafatzis Ioannis 2008).

based on the graphical representation. With respect to the structural response assessment various parameters are taken into consideration such as fixed base or elastic base foundation response and the function or the cease of the function of the wooden ties. The main characteristic of all of the analyses is the use of the progressive construction option which is provided by the ADINA code and refers to the successive birth and participation of finite elements in the stiffness and mass matrices of the system. The results of the analyses refer to the 3D displacements, stresses and the pathology of the system which is depicted via the tension and compression material failure. Since the estimation of the bearing capacity of the original form of the structure and the explanation of the present pathology are completed, the next step refers to the structural analysis of the present condition of the monument and its combination with the restoration proposal. From an architectural point of view, the completion of the structural volume by the use of panels, the construction of a new lighter roof, and the placement of wooden beams, where the original ties existed, are proposed. From an engineering point of view, the main restoration measures refer to the filling of the existent cracks, the purification of destroyed stone parts and the insertion of prestressed tension steel tendons in the upper surface of the wooden beams. The most effective element of the restoration proposal is the fact the loads of the new roof are transferred to the elongated masonry walls. The model of the present structural condition is formed by the use of the finite element death option which is provided by ADINA code and refers to the successive cease of the function of particular finite elements that correspond to structural units absent from the present form of the monument. The main characteristic of the analysis is the fact that the finite element model includes the pathology of the initial structure under vertical loading and under the prism of the cease of the wooden ties function and the removal of the heavy loading of the initial pitched roof. The analyses of the structural response refer to the dead loads of the structure, the loads of the new pitched roof and the seismic loading under the prism of lateral horizontal acceleration with increasing amplitude step by step till the final collapse of the structure. The results of the analyses refer to the 3D displacements under the action of vertical and seismic loads, stress development and the pathology of the structure which is depicted via the tension cracks and compression material failure. The bearing capacity assessment of the reinforced structure is completed with the dimensioning of the metal tendons and the anchorage slab. The main concern of the design is to avoid failure of the original masonry. Therefore, the diameter of the steel tendons is reduced, so that the beam elements will be the first to account failure and not the historical masonry.

05 Τρισδιάστατο προσομοίωμα πεπερασμένων στοιχείων υφιστάμενης μορφής του μνημείου. 3D model of finite elements – Present condition. 06 Κατανομή κατακόρυφων μετακινήσεων υπό τη δράση κατακόρυφων φορτίων και υπό τη δράση της λειτουργίας των μεταλλικών ελκυστήρων. Vertical displacements under the action of vertical loads and the function of metal tendons.

07 Εικόνα παθολογίας του φορέα υπό τη θεώρηση λειτουργίας των μεταλλικών ελκυστήρων. Pathology of the load bearing structure under the function of the metal tendons. 08 Απομείωση διατομής μεταλλικών ελκυστήρων. Reduced diameter of the metal tendons.

116