Ινστιτούτο Εκπαίδευσης & Επιμόρφωσης Μελών Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδας Α.Ε.

Η δημιουργία των προγραμμάτων ΙΔΕΕΣ ανήκει στον Έλληνα καθηγητή Καφάτο όταν ήταν επιστημονικός διευθυντής του ERC. Η αξιολόγηση αυτών των προγραμμάτων βασίζεται σε δυο αποκλειστικά κριτήρια, 1) την επιστημονική οντότητα του Επιστημονικού Υπεύθυνου (ΕΥ) και 2) την πρωτοτυπία και σημασία της ερευνητικής ιδέας που προτείνεται. Η χρηματοδότηση ενός προγράμματος ΙΔΕΕΣ θεωρείται ύψιστη αναγνώριση σε ευρωπαϊκό αλλά και παγκόσμιο επίπεδο, του ΕΥ και του ιδρύματος στο οποίο θα εκτελεστεί, μεταξύ των άλλων και λογω του υψηλότατου χρηματικού ποσού που διατίθεται, κατά μέσο όρο δυο εκατομμυρίων ευρω για προχωρημένους ερευνητές και ενός εκατομμυρίου για νέους, με διάρκεια πέντε έτη.  Στα 4 έτη της ύπαρξης των προγραμμάτων ΙΔΕΕΣ έχουν δοθεί περί τα 10 τέτοια προγράμματα σε ελληνικά ερευνητικά ιδρύματα για προχωρημένους ερευνητές (και αντίστοιχα για νέους). Τα 4 εκ των 10 έχουν δοθεί σε καθηγητές του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, και συγκεκριμένα πριν 3 έτη περίπου στους καθηγητές Βαρδουλάκη και Γκαζετα, και το 2011 στους καθηγητές Δαφαλια και Παπαδρακακη.
Στο παρόν άρθρο θα γίνει μια σύντομη παρουσίαση των στόχων του προγράμματος ΙΔΕΕΣ που έλαβε ο καθηγητής Ι. Φ. Δαφαλιας.  Ο τίτλος του προγράμματος στα αγγλικά είναι “Critical State Soil Mechanics Revisited: Fabric Effects” με ελεύθερη μετάφραση “Επαναθεωρηση της Κρίσιμης Κατάστασης στην Εδαφομηχανική: η Επίδραση της Προσανατολισμένης Δομής” με ακρωνύμιο SOMEF από τα αρχικά: Soil / MEchanics / Fabric, θα αναφέρεται δε ως ΣΟΜΕΦ.
Εδαφικές κατασκευές και θεμελιώσεις κατασκευών, όπως π.χ. γεωφραγματα, τοίχοι αντιστηρίξεως, θεμελιώσεις κτιρίων και γεφυρών, θαλάσσιες πλατφόρμες εξόρυξης πετρελαίου και αέριου και αγωγοί μεταφοράς των, κτλ, είναι οι μεγαλύτερες κατασκευές επί της γης και έχουν απορροφήσει τις υψηλότερες επενδύσεις σε χρήμα και εργασία. Ενώ στο παρελθόν η γεωτεχνική ανάλυση και μελέτη κατασκευής των ήταν μάλλον εμπειρική, στην σύγχρονη εποχή η ανάλυση και σχεδιασμός μπορεί να γίνει λύνοντας κατάλληλα προβλήματα συνοριακών συνθηκών της Μηχανικής των Συνεχών Μέσων, ένας στόχος που έγινε εφικτός λογω της δραματικής προόδου των υπολογιστικών δυνατοτήτων της επιστήμης και τεχνολογίας με την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών και αντίστοιχων προγραμμάτων. Η δυνατότητα της Μηχανικής των Συνεχών Μέσων να ενσωματώνει σε υπολογιστικά προγράμματα τις εξισώσεις κίνησης (ισορροπίας), γεωμετρικής συμβατότητας και καταστατικών σχέσεων του υλικού, συμπληρουμενη από την εφαρμογή θεωριών δυο η τριών φάσεων (στερεών, υγρών και αερίων), επιτρέπει την στατική και δυναμική ανάλυση γεωκατασκευων με αυστηρότητα και ακρίβεια που ήταν αδύνατον να επιτευχτεί με τις παλαιότερες συμβατικές και εμπειρικές μεθόδους. Σε τέτοιου είδους αναλύσεις το κύριο στοιχείο είναι το εδαφικό υλικό και δεν είναι υπερβολή να λεχτεί ότι σήμερα η μετωπική έρευνα και εφαρμογή στην γεωμηχανικη είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με την θεωρητική ανάπτυξη και εν συνέχεια αριθμητική ενσωμάτωση σε προγράμματα, των καταστατικών σχέσεων εδαφικών υλικών, ένα θεμελιώδες πεδίο έρευνας της Εδαφομηχανικής.
Η εδαφομηχανική στην μοντέρνα της έκφραση άρχισε επίσημα όταν ο Γάλλος μηχανικός Coulomb πρότεινε τον βασικό νόμο τριβής και αστοχίας των γεωυλικων. Εκτοτε ο κλάδος της Εδαφομηχανικής εξελίχτηκε ραγδαία. Εάν πάντως κάποιος ήθελε να εντόπιση ένα διακεκριμένο σημείο προόδου θα το τοποθετούσε στην θεμελίωση της θεωρίας της Εδαφομηχανικής Κρίσιμης Κατάστασης (ΕΚΚ) μέσα στα πλαίσια της θεωρίας πλαστικότητας, που αναπτύχτηκε στο Cambridge University κατά τις δεκαετίες του 50 και 60 από τους Roscoe, Schofield, Wroth, ενώ σημαντικά στοιχεία της θεωρίας χωρίς αναφορά σε πλαστικότητα είχαν παρουσιαστεί ενωρίτερα στην δεκαετία του 30 από τον Terzaghi. Η αντίστοιχη θεωρία της ΕΚΚ αποτελεί πλέον καθεστηκυία γνώση (paradigm) στο πεδίο της Εδαφομηχανικής.  Πέραν της υπόστασης της ΕΚΚ σαν θεωρία αστοχίας, αποτελεί επίσης ένα γενικό θεωρητικό πλαίσιο εντος του οποίου ανεπτύχθησαν καταστατικές σχέσεις εδαφών τα τελευταία 40 χρόνια.  Ένα εδαφικό καταστατικό μοντέλο σήμερα δεν μπορεί να γίνει δεκτό εάν δεν ικανοποιεί τις βασικές αρχές της ΕΚΚ.
Το να προσπαθήσει να αναθεωρήσει κανείς ένα paradigm στην επιστήμη και τεχνολογία αποτελεί μια πραγματική πρόκληση. Το πρόγραμμα ΣΟΜΕΦ προτείνει να αναθεωρήσει εποικοδομητικά το ισχύον paradigm της EKK από την σκοπιά ενός ελλείποντος από την θεωρία θεμελιώδους συστατικού, αυτού της προσανατολισμένης δομής (fabric) του εδαφικού υλικού. Η κρίσιμη κατάσταση ενός κοκκώδους υλικού ορίζεται ως η κατάσταση στην οποία το υλικό παραμορφώνεται συνεχώς σε διάτμηση υπο σταθερές τάσεις και όγκο. Η ισχύουσα ΕΚΚ προτείνει δυο αναγκαίες συνθήκες για να ισχύει η κρίσιμη κατάσταση. Πρώτον, ο λόγος της διατμητικης προς την ισοτροπική ενεργό τάση (πίεση) να έχει αποκτήσει μια δεδομένη κρίσιμη τιμή για κάθε εδαφικό υλικό. Δεύτερον, ο λόγος των κενών προς τα στερεά ενός κοκκώδους συνόλου να έχει επίσης αποκτήσει μια δεδομένη κρίσιμη τιμή, που όμως εξαρτάται, με προδιαγεγραμμένο για κάθε υλικό τρόπο, από την πίεση. Οι δυο αυτές συνθήκες στις οποίες βασίζεται η θεωρία της ΕΚΚ είναι εξ ορισμού βαθμωτα μεγέθη, επομένως συστατικά της δομής του εδαφικού υλικού που έχουν προσανατολισμό και περιγράφονται αναλυτικά από τανυστικα  μεγέθη, όπως π.χ. ο στατιστικός προσανατολισμός των κόκκων, των μοναδιαίων διευθύνσεων κάθετων στις μεταξύ των επαφές η των διανυσμάτων πορώδους κτλ, που συνοπτικά μπορούν να ονομαστούν προσανατολισμένη δομή (fabric), έχουν παντελώς αγνοηθεί στις συνθήκες χαρακτηρισμού της κρίσιμης κατάστασης. Και όμως έχει δειχτεί πειραματικά ότι τέτοιου είδους προσανατολισμένα μεγέθη επηρεάζουν δραστικά τα χαρακτηριστικά της μηχανικής συμπεριφοράς και αστοχίας των διαφόρων εδαφικών υλικών. Έπεται ότι η απουσία τους από τις συνθήκες που ορίζουν την θεωρία της ΕΚΚ, αφ ενός μεν θέτουν υπο αμφισβήτηση την πληρότητα της υπάρχουσας θεωρίας, αφ’ ετέρου δε είναι ο λόγος για τον όποιον δεν μπορεί να εξηγηθεί η εδαφική μηχανική συμπεριφορά υπο διάφορες φορτίσεις βάσει της τρέχουσας θεωρίας.
Στο πρόγραμμα ΣΟΜΕΦ, το ελλείπον συστατικό της προσανατολισμένης δομής θα περιγράφει αναλυτικά από κατάλληλα ορισμένους τανυστες δομής. Η υπόθεση ότι η κρίσιμη κατάσταση δεν μπορεί να επιτευχτεί μέχρι η προσανατολισμένη δομή να αποκτήσει μια κρίσιμη τιμή τόσο ως προς το μέτρο της όσο και ως προς τον προσανατολισμό της,  επί πλέον των κρίσιμων τιμών των λόγων των τάσεων και των κενών της κλασσικής θεωρίας, θα διερευνηθεί με συντονισμένο συνδυασμό θεωρητικών, πειραματικών και αριθμητικών μεθόδων οι οποίες θα συμπεριλαμβάνουν ανάλυση με συνεχή και διακριτά στοιχεία υπολογιστικών τεχνικών, υπολογιστική τομογραφία με ακτίνες Χ, ως και κλασσικά τριαξονικα, διαξονικά και διάτρητου κυλίνδρου πειράματα. Θέματα μοναδικότητας κριτικής κατάστασης θα εξεταστούν και θεωρητικά βάσει θερμοδυναμικών αρχών. Οι τελικοί στόχοι του ΣΟΜΕΦ είναι η ενσωμάτωση της κρίσιμης τιμής της προσανατολισμένης δομής σε ένα εμπλουτισμένο σύνολο αναγκαίων και ικανών συνθηκών μιας νέας θεωρίας κρίσιμης κατάστασης, η ανάπτυξη καταστατικών αναλυτικών προσομοιωματων (models) εντος του νέου αυτού εμπλουτισμένου θεωρητικού πλαισίου, και η εν συνέχεια εισαγωγή τους σε αριθμητικούς κώδικες ανάλυσης προβλημάτων συνοριακών συνθηκών στην γεωμηχανική, παραδείγματα των οποίων θα παρουσιαστούν εστιάζοντας στην σημαντική διαφορά που θα έχει η συμπερίληψη της προσανατολισμένης δομής  στα αποτελέσματα σε σύγκριση με αυτά όταν δεν συμπεριληφθεί ο ρόλος της. Είναι σημαντικό να τονισθεί ότι το ερευνητικό αυτό πρόγραμμα δεν έχει σαν στόχο την εύρεση ενός συγκεκριμένου καταστατικού μοντέλου για εδάφη, αλλά την εύρεση και θεμελίωση ενός νέου θεωρητικού πλαισίου ΕΚΚ εμπλουτισμένου με τον ρόλο της προσανατολισμένης δομής, εντος του οποίου διάφορα καταστατικά μοντέλα μπορούν αν αναπτυχτούν.
Ένα η έρευνα για το νέο αυτό paradigm της ΕΚΚ είναι επιτυχής, θα αλλάξει δραστικά και θα εμπλουτίσει τον τρόπο με τον οποίο η ΕΚΚ διδάσκεται στα Πανεπιστήμια και εφαρμόζεται σε προχωρημένη ανάλυση γεωμηχανικων θεμάτων. Επί πλέον θα προσφέρει μια πλέον πρακτική άποψη μηχανικού στα γειτονικά πεδία της φυσικής και επιστήμης των κοκκωδών υλικών, όπου μια προσέγγιση μηχανικής του συνεχούς μέσου μπορεί να αποδειχτεί πολυ χρήσιμη. Τελικά η ασφαλέστερη ανάλυση και συμπεριφορά γεωτεχνικών κατασκευών που θα προκύψει στο μέλλον από την επιτυχή περάτωση του ΣΟΜΕΦ, είναι ένα πεδίο δράσης με συνεχώς θετικά αυξανόμενη κοινωνική σημασία σε σχέση με την ανάσχεση κινδύνων συνδεομένων με καταστροφικές συνέπειας όπως αυτές των σεισμών και κατολισθήσεων.