Υπολογιστική Γεωτεχνική

Απαιτούμενες Γνώσεις

Συνιστάται στους φοιτητές να έχουν τις βασικές γνώσεις Εδαφομηχανικής Ι, Εδαφομηχανικής ΙΙ, Θεμελιώσεων και Πεπερασμένων Στοιχείων.

Κεφάλαια Μαθήματος

#	Τίτλος	Διδακτέα Ύλη	Ώρες
1	Εισαγωγή	Εφαρμογές αριθμητικών μεθόδων (πεπερασμένων στοιχείων και διαφορών) σε σύνθετα γεωτεχνικά έργα. Εκτενής παρουσίαση ορισμένων χαρακτηριστικών περιπτώσεων εφαρμογής (Case studies) .	4
2	Ευστάθεια και Σταθεροποίηση Πρανούς με την Μέθοδο των Λωρίδων	Αριθμητική ανάλυση της ευστάθειας πρανούς με την μέθοδο των λωρίδων. Οι μέθοδοι Fellenius, Bishop και Janbu. Εκμάθηση προγράμματος Η/Υ και εφαρμογή του στην ευστάθεια χωμάτινου φράγματος και επιχώματος οδοποιίας. Ανάλυση με χρήση στοχαστικών μεθόδων. Μέθοδοι σταθεροποίησης πρανούς (π.χ. πάσσαλοι, αγκύρια, τοίχοι αντιστήριξης, επιχώματα κλπ.) και επίλυση τυπικών προβλημάτων με την βοήθεια Η/Υ.	16
3	Η Μέθοδος των Πεπερασμένων Διαφορών: Εφαρμογή στην Εγκάρσια Φόρτιση Πασσάλων	Επίλυση διαφορικών εξισώσεων με την μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Εφαρμογή στην εγκάρσια φόρτιση πασσάλου θεμελιώσεως με την βοήθεια λογιστικών φύλλων (EXCEL). Εισαγωγή σε μεθόδους επίλυσης (Euler, Newton-Raphson, Modified Newton-Raphson) συστήματος μή-γραμμικών αλγεβρικών εξισώσεων. Παραδείγματα από εφαρμογές στην ανάλυση πασσάλου με θεώρηση της ανελαστικής συμπεριφοράς του εδάφους. Επίλυση απλών προβλημάτων βέλτιστου σχεδιασμού πασσαλο-ομάδων με πολλαπλά κριτήρια (λειτουργικότητας, τεχνο-οικονομικά). Προγραμματισμός με το MATLAB. Εισαγωγή στην αντίστροφη ανάλυση πασσάλου θεμελίωσης σε εγκάρσια φόρτιση για τον έμμεσο προσδιορισμό γεωτεχνικών παραμέτρων του εδάφους.	16
4	Εισαγωγή στην Mέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων	Εισαγωγικά στοιχεία της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Εκμάθηση του προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων γεωτεχνικού προσανατολισμού PLAXIS. Τεχνικές αριθμητικής προσομοίωσης.	4
5	Απλά Καταστατικά Προσομοιώματα Εδαφικής Συμπεριφοράς	Η σημασία της καταστατικής προσομοίωσης για τον ορθό σχεδιασμό γεωτεχνικών έργων. Συνήθεις καταστατικές σχέσεις τάσης-παραμόρφωσης για την περιγραφή της μη–γραμμικής συμπεριφοράς εδαφικού στοιχείου (Mohr Coulomb, Duncan and Chang, Hardening Soil Model). Αριθμητική προσομοίωση εργαστηριακών δοκιμών (τριαξονικής φόρτισης και μονοδιάστατης παραμόρφωσης) με έμφαση στην βαθμονόμηση των παραμέτρων του καταστατικού προσομοιώματος.	4
6	Αριθμητική Προσομοίωση και Ανάλυση Γεωτεχνικών Έργων	Εφαρμογή της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων στην ανάλυση γεωτεχνικών έργων: Εκσκαφή και αντιστήριξη σταθμού μετρό, ευστάθεια πρανούς, διάνοιξη σήραγγας με ασπιδοφόρο μηχανημα.	16

Μαθησιακοί Στόχοι

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

1. γνωρίζουν τις βασικές αδυναμίες τα πλεονεκτήματα και το πεδίο εφαρμογής των αριθμητικών μεθόδων ανάλυσης,
2. συνειδητοποιούν τη δυνατότητα των υπολογιστικών μεθόδων ως εργαλεία ανάλυσης και σχεδιασμού των γεωτεχνικών έργων,
3. κατανοούν τη χρησιμότητα των αριθμητικών μεθόδων ανάλυσης στην επίλυση προβλημάτων Γεωτεχνικής Μηχανικής,
4. δομούν και εφαρμόζουν απλά υπολογιστικά ομοιώματα, και
5. υπολογίζουν, με τη χρήση κατάλληλων προγραμμάτων Η/Υ, πραγματικές περιπτώσεις εφαρμογής.

Μέθοδοι και Μέσα Διδασκαλίας και Μάθησης

Μέθοδοι Διδασκαλίας	Διαλέξεις στην τάξη. Επίλυση απλών παραδειγμάτων και προβλημάτων στην τάξη. Συζήτηση περιπτώσεων εφαρμογής (case studies) στην τάξη.
Μέσα διδασκαλίας	Παρουσιάσεις στον Πίνακα. Διαφάνειες Power Point. Υπολογισμοί σε Η/Υ με Excel, Matlab και κώδικες Πεπερασμένων Στοιχείων (PLAXIS, SLIDE).
Χρήση ΗΥ και προγραμμάτων	Επίλυση προβλημάτων με χρήση MATLAB, EXCEL και εξειδικευμένου λογισμικού Η/Υ.
Ασκήσεις - Εφαρμογές	Μία με Δύο Ασκήσεις (ατομικά).
Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις)	Οι φοιτητές ξεκινούν στην τάξη την επεξεργασία 2 ομαδικών θεμάτων είτε ατομικά είτε σε ομάδες των 2-3 ατόμων. Για κάθε θέμα συγγράφουν Τεχνική Έκθεση, η οποία διορθώνεται από τους διδάσκοντες και επιστρέφεται.

Αξιολόγηση Επίδοσης

• Τελική γραπτή εξέταση: 60%
• Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις): 40%
• Ασκήσεις - Εφαρμογές: 10% Θετική: (έως 10% x Βαθμός Τελικής Γραπτής Εξέτασης)

Συγγράμματα - Βιβλιογραφία

1. Potts D.M., Zdravkovic (1999). Finite Element Analysis in Geotechnical Engineering. I: Theory, Thomas Telford Publishing, ISBN-10: 0727727532
2. Potts D.M., Zdravkovic (1999). Finite Element Analysis in Geotechnical Engineering. II: Applications, Thomas Telford Publishing, ISBN-10: 0727727834.
3. Wood D.M. (2004). Geotechnical Modelling, Spon Press, Taylor and Francis Group, ISBN: 0-203-78621-1.
4. Lees A. (2016). Geotechnical Finite Element Analysis: A practical Guide, ICE Publishing, Thomas Telford Ltd, ISBN: 0727760874.
5. Κωμοδρόμος Αιμ. (2009). Υπολογιστική Γεωτεχνική: Αλληλεπίδραση Εδάφους--Κατασκευών, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, ISBN-13: 9789604612017.
6. Σημειώσεις μαθήματοs: http://users.ntua.gr/gerolymo/COMPUTATIONAL-GEOTECHNICS-BOOK.pdf

Διδασκαλία:

• Παρασκευή, 11:45 – 15:30,
  Αίθουσες:
  • Ζ. Κτ. 1 Πολ., Αιθ. 15