Aprecieri Asupra Normativului de Protectie Seismica

SISTEM DE MONITORIZARE IN TIMP REAL A SIGURANTEI SI INTEGRITATII STRUCTURILOR SPITALELOR DE URGENTA SI ALARMARE IN

CAZ DE SEISM. STUDIU DE CAZ SPITALUL SF. PANTELIMON

RAPORTUL STIINTIFIC SI TEHNIC (RST) ETAPA 1 - IN EXTENSO

C U P R I N S

1. Obiectivele generale

2. Obiectivele fazei de executie

3. Rezumatul fazei

4. Descrierea stiintifica si tehnica

5. Anexe

Anexa 1 – Sistemul OASIS (Kinemetrics – SUA) date de

catalog

Anexa 2 – Inregistratorul K2 (Kinemetrics – SUA) date de

catalog

Anexa 3 – Sistemul de inregistrare multicanal Mt Whitney

(Kinemetrics – SUA) date de catalog

Anexa 4 – Accelerograful tip ETNA (Kinemetrics – SUA)

date de catalog

Anexa 5 – Program de detectie si evaluare a

evenimentului seismic in vederea alarmarii

Anexa 6 – Standard pentru interschimbul de date in timp

real, privitoare la cutremure (seed)

6. Concluzii

7. Bibliografie

1




1. Obiectivele generale

Obiectivul general al proiectului il constituie obtinerea

informatiilor legate de spectrele de raspuns in acceleratii absolute ale

structurilor cladirilor de tip “spitale de urgenta” in timpul miscarilor

seismice precum si interconectarea managementului spitalelor de

urgenta cu reteaua nationala de alarmare seismica.

Obiectivele specifice si masurabile ale proiectului sunt

urmatoarele:

- elaborarea modelului conceptual al sistemelor de monitorizare in

timp real ale structurilor spitalelor de urgenta ;

- elaborarea modelului conceptual al sistemelor de alertare

seismica pentru spitalele de urgenta;

- proiectarea sistemelor de monitorizare in timp real a structurilor

cu definirea hardware si software a cerintelor tehnice pentru

sistemele de achizitie de date;

- proiectarea sistemelor de management in cazul avertizarilor

seismice in cadrul spitalelor de urgenta prin preluarea informatiilor

din reteaua nationala de alarmare seismica;

- implementarea unui model experimental de sistem de

monitorizare in timp real al structurilor si de alarmare seismica in

cadrul Spitalului de urgenta Sf. Pantelimon;

- experimentarea modelului de sistem si adaptarea software-lui

specific de prelucrare a informatiilor;

- elaborarea rapoartelor de testare a modelului experimental,

demonstrarea functionalitatii modelului;

- definirea manualului de prezentare a sistemului;

2




- intocmirea si publicarea in reviste de specialitate a articolelor

stiintifice si publicarea pe site-ul propriu al proiectului a rezultatelor

obtinute in cercetare.

2. Obiectivele fazei de executie

Obiectivele specifice ale fazei de executie 1 sunt elaborarea

modelelor conceptuale de sistem de monitorizare in timp real a

structurilor spitalelor de urgenta si de interconectare a

managementului la sistemul national de alarmare seismica.

3. Rezumatul fazei

Scopul principal al proiectului este de a oferi solutii pentru

monitorizarea structurilor cladirilor care constituie obiective

strategice in caz de miscari seismice prin asigurarea conditiilor de

informare in timp real la nivelul managementului in vederea luarii

masurilor necesare de consolidare a structurilor si de interventie in

scopul asigurarii conditiilor de desfasurare normala a activitatilor cu

regim continuu.

In cazul fazei 1 au fost definite modelele conceptuale ale

sistemelor de monitorizare in timp real ale structurilor spitalelor de

urgenta si a sistemelor de alertare seismica in cazul seismelor

puternice.

Raspunsul constructiilor la actiunea seismica este influentata de

foarte multi factori si anume :

- caracteristicile cutremurului ;

- configuratia structurala a constructiei ;

- proprietatile dinamice ale structurii de rezistenta ;

- capacitatea de deformatie a elementelor cladirilor ;

- interactiunea sol-structura ;

- calitatea executiei ;

3




- varsta constructiei si mentenanta ;

- istoria actiunii mediului asupra structurii de rezistenta (seisme

majore suportate sau alte evenimente care au provocat socuri si

zdruncinari) ; etc.

Costul instrumentarii eficiente a unei cladiri de tip “spital de

urgenta”, inclusiv întretinerea acesteia, ar putea fi considerat ridicat

in tara noastra.

Daca instrumentarea se face cu un numar redus de

instrumente se va obtine, evident, un numar limitat de date

utilizabile. Tinând seama de aceste doua aspecte, opuse din punctul

de vedere al optiunii de instrumentare, configuratia sistemului de

instrumentare trebuie sa asigure cel putin identificarea comportarii

dinamice a cladirii instrumentate.

Constructia modelelor conceptuale, de calcul structural, având

ca suport date instrumentale, presupune asigurarea echilibrului între

diferite atribute: liniar / neliniar, parametric / neparametric,

determinist / stohastic, tinând seama de numarul parametrilor

considerati (mare/redus) si de calitatea informatiilor experimentale.

Altfel spus, numarul datelor instrumentale utilizabile decide

complexitatea acestor modele conceptuale. Caracterul complex al

unui model conceptual, de calcul structural, este dat în primul rând

de geometria sistemului structural al unei constructii prin numarul

gradelor de libertate ale modelului dinamic.

În general, identificarea dinamica a sistemelor structurale

consta într-o definire unica a caracteristicilor de rigiditate si de

amortizare pentru modelele liniare sau neliniare considerate,

dependente de relatiile „forta-deformatie”, respectiv „moment-

curbura”.

Matricea de rigiditate depinde de configuratia modelului

dinamic. Cel mai simplu model - „modelul forfecat” - poate fi utilizat

4




pentru calculul sistemelor structurale în cadre spatiale fara a tine

seama de rotatia nodurilor rigide. Matricea de rigiditate

corespunzatoare acestui model dinamic este o matrice tridiagonala,

iar pentru a fi identificata este necesar un numar redus de date

instrumentale.

Pentru un sistem structural caracterizat printr-o distributie

uniforma a rigiditatii pe înaltime, exista o unica posibilitate de

identificare a caracteristicilor de rigiditate corespunzatoare unui

model liniar. Acest lucru este posibil numai în cazul existentei unor

înregistrari la nivelul fundatiei, etajului 1 si terasei sau la nivelul

ultimului etaj si terasei. Identificarea proprietatilor de rigiditate ale

altor sisteme structurale este mult mai complexa si, în consecinta,

este necesar un numar mai mare de informatii instrumentale

utilizabile.

Modelele conceptuale privind instrumentarea structurilor de

rezistenta au fost definite in functie de:

• grupa tipologica din care face parte cladirea (sistem structural,

configuratie în plan, numar de etaje, materiale din care este

realizata);

• modelul de calcul structural utilizat în investigatiile teoretice si

numarul corespunzator de informatii instrumentale cerut pentru o

întelegere deplina a comportarii cladirii în timpul miscarii dinamice,

pentru o selectie eficienta a parametrilor de identificare structurala si

pentru stabilirea locatiilor de amplasare a instrumentelor.

5




4. Descrierea stiintifica si tehnica, cu punerea in

evidenta a rezultatelor fazei si gradul de realizare a

obiectivelor

4.1 Generalitati

Raspunsul constructiilor la actiunea seismica este influentat in

principal de caracteristicile cutremurului, configuratia structurala,

proprietatile dinamice, capacitatea de deformatie a elementelor –

fundatii, interactiunea sol-structura, calitatea executiei, varsta

constructiei si mentenanta, istoria incarcarilor, etc.

Conform normativului P100/1992 proiectarea antiseismica a

constructiilor urmareste limitarea degradarilor, avariilor si evitarea

prabusirii elementelor structurale si nestructurale, ale unei

constructii.

Pentru realizarea unui nivel corespunzator de protectie

antiseismica a constructiilor, în normativ sunt definiti urmatorii

termeni: seismicitatea zonei, conditiile locale, importanta

constructiei, tipul si caracteristicile structurilor de rezistenta etc.

În normativul P100/1992 diagrama βr - Tc a fost corectata dupa

cutremurul din 1977 în sensul ca a fost marita zona de amplificare

maxima prin extinderea acesteia pâna la perioade mari, de 1,5

secunde. Prin aceasta extindere s-a introdus în normativul românesc

specificul cutremurelor intermediare vrâncene si a tipurilor de teren

de fundare. Aceasta extindere este bine venita si ea corecteaza o

eroare preluata de echipa care a întocmit normativul anterior P13

dupa normativul SUA. Vechiul normativ P13 avea curba de

amplificare b identica cu cea a normativului din SUA în acea perioada

si care era reprezentativa numai pentru cutremurele de suprafata.

6




Curba βr - Tc din actualul normativ P100/1992 este prea

conservativa pentru cladirile rigide în sensul ca pentru cutremurele

intermediare vrâncene zona de amplificare din curba βr - Tc este mult

prea mare pentru perioade mai mici de 0,25 s. Aceasta

supraevaluare duce la scumpirea constructiilor odata cu cresterea

masei si respectiv a fortelor seismice care în filozofia de asigurare a

constructiilor legiferata de normativul P100/1992 (aparitia

articulatiilor plastice) poate conduce la solutii neadecvate si totodata

la micsorarea gradului de siguranta a constructiilor.

Din nefericire conceptia de comportare ductila a structurilor

afectate de cutremurele de suprafata (de dinamica mare) a fost

preluata din practica internationala, fara adaptari, ca fiind buna si

pentru cutremurele intermediare (de dinamica lenta) desi din analize

dinamice si o judecata logica si rezulta contrariul.

Urmarind fenomenele care au loc în transferul energiei seismice

de la terenul de fundare la constructie precum si comportarea

dinamica a constructiilor cu diferite grade de degradare în timpul

unui cutremur, rezulta ca prevederile actualului normativ acopera

comportarea reala a constructiilor numai în cazul cutremurelor de

suprafata când miscarea seismica nu are componente importante de

perioade joase, asa cum au cutremurele intermediare vrâncene.

Pentru cutremurele de suprafata (cutremurele care afecteaza

teritoriul SUA, Japonia, Turcia, Italia etc.) aplicarea prevederilor

normativelor echivalente lui P100/1992 duce la realizarea unor

constructii cu un grad de siguranta sporit în special prin iesirea

constructiei din zona de rezonanta datorita acceptarii degradarilor

limitate ale acestora si aparitiei articulatiilor plastice.

În cazul cutremurelor intermediare (cum sunt cele vrâncene),

întrucât perioadele dominante ale miscarii seismice sunt în jurul

valorii de 0,5 - 1,5 secunde, aplicarea normativului conduce la

7




suprasolicitari mari în constructie odata cu aparitia fenomenului de

degradare a structurii de rezistenta care pot avea ca rezultat final

prabusirea constructiei datorita faptului ca fenomenul se dezvolta în

avalasa nu se atinge limita iesirii din rezonanta înainte de prabusire.

Fenomenul de amplificare a încarcarilor seismice poate fi oprit

numai în cazul în care la deformatii mari apar amortizari foarte mari

4.2 Aspecte privind sistemul structural

Colapsul structurilor din beton armat este datorat cedarii

elementelor verticale portante la valori mici ale deformatiilor. In

general nu este recomandabil ca deformatiile structurale sa fie

localizate/limitate numai in anumite elemente din cauza faptului ca in

conditii normale un element din beton armat avand “detalii

conventionale” nu poate avea o capacitate de deformatie foarte

mare.

Trebuie evitate cedarile fragile prin aplicarea unor metode de

proiectare si a unor detalii de armare corespunzatoare.

4.3 Capacitatea de rezistenta si deformatie

necorespunzatoare

Cedarea unei structuri in timpul unui cutremur puternic se

produce in momentul in care se atinge capacitatea de deformatie, in

mod normal, prin cedarea elementelor verticale inainte sau dupa

formarea mecanismului plastic sub incarcarile laterale.

Cele mai recente abordari ale proiectarii seismice (in sens de

performanta) fac referiri la prevenirea degradarilor pentru cutremure

frecvente si la evitarea prabusirii in cazul unor evenimente rare.

8




Fig.1 – Exemplificare la depasirea capacitatii de deformatie

4.4 Neregularitati verticale

Una din categoriile cele mai vulnerabile de constructii din beton

armat sunt acelea la care rigiditatea si rezistenta asociata sunt brusc

reduse pe nivel.

In aceste cazuri deformatiile induse de seism tind sa se

concentreze la nivelul slab/flexibil. In cazul in care nivelul “moale”

cuprinde stalpi putin ductili, degradarea poate conduce la colaps.

9




Fig 2 – Exemplificarea neregularitatilor verticale

Acest tip de structura este intalnit in special la constructii din

beton armat cu pereti structurali si stalpi la parter. Si in tara noastra

s-au executat constructii avand stalpi din beton armat la parter,

restul constructiei avand structura din pereti din beton armat

(constructii cu parter flexibil). Necesitatea executarii acestor tipuri

de constructii a fost dictata, in marile orase, de prevederea la parter

a unor spatii deschise pentru activitati comerciale sau garaje. Stalpii

parterului trebuie sa reziste in timpul miscarii seismice la actiunea

unor forte taietoare importante, care conduc inevitabil la deplasari

mari concentrate la acel nivel. In cazul in care acesti stalpi nu au fost

bine proiectati, sau/si in cazul unei forte axiale foarte mari, acestia

nu pot “urmari” o deformabilitate foarte mare si cedeaza. De

asemenea, fortele axiale aditionale (efect indirect) datorate actiunii

cutremurului, reduc capacitatea de deformatie a stalpilor. Mai trebuie

subliniat ca, in perioada de proiectare a acestor tipuri de constructii,

prevederile normativelor antiseismice nu erau suficient de

10




acoperitoare pentru a preveni cedarile fragile din forta taietoare ale

stalpilor.

Fig 3 – Exemplificare a efectelor fortei taietoare a stalpilor

Un alt exemplu, intalnit mai putin frecvent, este acela referitor

la constructii ce prezinta diferente de rigiditate importante la ultimul

nivel. Asemenea configuratii tind sa excite constructia in modul 2 de

vibratie si astfel sa produca deformatii importante chiar la baza

ultimului nivel.

4.5 Neregularitati orizontale

Excentricitatea dintre centrele de masa si rigiditate cauzeaza

vibratii de torsiune in timpul cutremurului putand rezulta degradari

importante in special ale elementelor aflate la distanta mare de

centrul de rigiditate.

11




Aceasta deficietaa apare in special in cazul amplasarii

inadecvate a unor pereti structurali in planul unor structuri in cadre

din beton armat.

4.5.1 Diafragme orizontale inadecvate

Diafragmele orizontale sunt necesare pentru repartizarea

fortelor laterale elementelor verticale de rezistenta. In cazul

constructiilor la care diafragmele sunt amplasate intre elemente

verticale situate la distante mari, fortele laterale pot produce eforturi

mari in diafragme, conducand la o comportare inelastica a acestora.

Un astfel de caz s-a intamplat in timpul cutremurului din Northridge

in 1994.

4.5.2 Cadre secundare, gravitationale

O practica utilizata in anumite zone a fost de proiectare a unor

elemente/subansamble destinate in mod special preluarii fortelor

gravitationale (“elemente secundare”).

In anumite cazuri numai cateva elemente au fost proiectate pentru

preluarea fortelor laterale. In aceste cazuri, aceste sisteme

secundare nu au fost proiectate adecvat pentru a prelua deformatiile

din timpul miscarii seismice. Cateva exemple de acest tip au fost

observate in timpul cutremurului din 1994 de la Northridge.

12




Fig.4 – Efcete ale cutremurului din 1994 de la Northridge

4.6 Interactiunea cu elemente nestructurale

Interactiunea cu elementele nestructurale poate fi un avantaj

sau un dezavantaj pentru comportarea de ansamblu a constructiilor

supuse la cutremur.

Din punct de vedere al sistemului structural elemente

importante nestructurale sunt peretii de zidarie din ochiurile cadrelor,

scarile etc. Aceste elemente pot aduce un aport insemnat la

rigiditatea structurilor in cadre. In cazul in care amplasarea peretilor

este inadecvata se pot produce de asemenea diferente importante

intre centrul de rigiditate si cel al maselor.

13




Fig.5 – Exemplificare a efectelor seismelor asupra peretilor de zidarie

din ochiurile cadrelor

4.7 Modificari si degradari anterioare

In examinarea unor constructii existente rezistenta estimata la

seism a sistemului trebuie sa tina seama de modificarile produse in

timp. Exista cazuri in care ocupantii/proprietarii constructiilor pot

aduce modificari structurii din ratiuni functionale. Aceste modificari

pot avea consecinte negative asupra comportarii constructiei la

actiuni seismice.

In general modificarile aduc cresteri semnificative ale

incarcarilor permanente si utile care conduc la reducerea rezistentei

seismice.

14




Deteriorarile datorate imbatranirii, agresivitatii mediului pot

avea de asemenea efecte adverse asupra performantelor seismice

ale constructiilor.

De asemenea trebuie luate in considerare efectele/degradarile

provocate de cutremurele anterioare. Deteriorarile produse de mediu

sau/si cele provocate de actiunea seismelor anterioare trebuie

identificate prin inspectia cladirii.

Pot fi aplicate metode distructive sau nedistructive pentru

determinarea calitatii si, in general a starii betonului.

4.8 Rosturi intre constructii

Constructiile invecinate avand caracteristici diferite de

rigiditate si fiind situate la distante mici pot fi deteriorate prin

ciocnire in timpul miscarii seismice.

4.9 Rigiditatea inadecvata care conduce la deteriorari

ale elementelor nestructurale

Pentru mentinerea unei functionalitati adecvate trebuie

asigurate performante corespunzatoare atat ale elementelor

structurale cat si nestructurale.

Experienta a demonstrat ca, in cazul unei rigiditati neadecvate

a structurii, nivelul de deteriorare a elementelor structurale si

nestructurale este legat de deplasarea relativa de nivel.

Peretii de umplutura din caramida slaba si fragila ce umplu

ochiurile unor structuri in cadre flexibile pot ceda chiar in cazul unor

solicitari seismice moderate.

De asemenea se pot produce deteriorari importante ale

elementelor nestructurale si a unor obiecte/echipamente aflate in

15




interiorul constructiilor ce pot provoca pagube importante

ocupantilor/proprietarilor.

Fig 6 – Exemplu de rigiditate neadecvata a elementelor structurate

4.10 Fundatii inadecvate

Cedarea fundatiilor se poate datora mai multor cauze legate de

lichefierea si pierderea capacitatii portante la intindere, faliilor,

compactarii pamanturilor, tasarilor diferentiate etc.

Cedarea fundatiilor stalpilor a fost constatata in urma

cutremurului de la Kobe din 1995.

In aceste cazuri costul reparatiilor este deosebit de ridicat.

16




4.11 Aspecte privind elementele structurale

Tipurile de cedari ale elementelor pot fi diferite pentru stalpi,

grinzi, pereti structurali si noduri.

Este deosebit de important sa se considere consecintele

degradarii elementelor asupra performantelor structurale.

4.12 Cedarea stalpilor la incovoiere

Capacitatea de deformatie a stalpilor la incovoiere este

influentata de nivelul fortei axiale si de cantitatea de armatura

transversala prevazuta in zonele plastice potentiale.

Stalpii marginali si, in special, cei de colt sunt supusi unor

variatii ale fortelor axiale in timpul actiunii seismice, variatie datorata

“actiunii indirecte” datorata fortelor taietoare din rigle. Nivelul fortei

axiale in ace]ti stalpi poate deveni foarte ridicat si poate conduce la

cedarea stalpilor la incovoiere urmata de pierderea capacitatii

portante de preluare a incarcarilor gravitationale. Uneori este dificil

de distins intre modul de cedare datorat fortei taietoare si axiale,

respectiv incovoierii cu forta taietoare, ambele producandu-se la

capetele stalpilor cu distrugerea betonului .

17




Fig 7 – Exemplu de cedare a stalpilor la incovoiere

4.13 Cedarea la forta taietoare a stalpilor

Cel mai fragil mod de cedare a elementelor din beton armat

este cel datorat fortei taietoare. Cedarile la forta taietoare au drept

cauza principala armarea transversala neadecvata in ceea ce priveste

marimea, distanta intre armaturi si rezistenta acesteia. De

asemenea, deosebit de importante sunt si detaliile de armare,

inclusiv cele legate, de exemplu, de ciocurile etrierilor. Asa cum se

cunoaste unul din principiile de baza ale proiectarii este de evitare a

acestui mod de cedare prin dimensionarea elementelor la momentele

capabile asociate.

4.14 Cedarea prin pierderea aderentei armaturii

Pierderea aderentei armaturii se poate produce prin aparitia

unor fisuri si/sau desprinderea betonului de acoperire a armaturilor

longitudinale.

18




Acest fenomen poate sa apara in cazul in care armaturile

longitudinale ale stalpilor si grinzilor nu sunt suficient de legate de

armaturi transversale, in aceste cazuri pot apare fisuri care se

dezvolta in lungul armaturilor longitudinale.

Aparitia si dezvoltarea acestor fisuri este favorizata in cazul in

care eforturile in betoane sunt reduse, diametrul armaturilor

longitudinale este mare si stratul de acoperire cu beton a armaturilor

este redus. Fisurile produc reducerea/pierderea aderentei intre beton

si armatura, slabind astfel potentialul elementelor de a prelua diferite

tipuri de forte exterioare.

4.15 Cedarea ancorarii armaturii

Dupa cum se stie, transmiterea efoturilor intre beton si

armatura se face prin aderenta. In zona ancorarilor si/sau innadirilor

este necesara indesirea etrierilor. In cazurile in care armarea

transversala este insuficienta, ancorarea se face practic in beton

simplu.

Un exemplu comun al acestui fenomen il constituie ancorarea

insuficienta a armaturilor longitudinale din stalpi la partea superioara

in noduri.

4.16 Cedarea nodurilor

In cazul structurilor in cadre proiectate dupa principiul stalpi-

puternici, grinzi slabe, nodurile cadrelor sunt supuse unor eforturi

importante dupa aparitia articulatiilor plastice in rigle si pot apare

fisuri diagonale in noduri. Asemenea tipuri de fisuri pot reduce

semnificativ rigiditatea constructiei. De asemenea apar fisuri foarte

deschise la capetele riglelor, partial datorate alunecarii armaturilor

din grinda. In general, acest gen de degradari nu conduc la cedarea

19




structurii de rezistenta, in schimb cedarea unor noduri exterioare

poate conduce la colapsul constructiei.

4.17 Cedarea elementelor prefabricate/precomprimate

Experienta pe plan international privind comportarea

structurilor prefabricate in timpul cutremurelor nu este foarte bogata.

Oricum, punctele slabe ale acestor genuri de structuri sunt

imbinarile. In unele tari s-au construit structuri prefabricate in zone

seismice fara a se lua in considerare detalii specifice.

Fig.8 – Exemplu de cedare a elementelor prefabricate

Deosebit de relevant este cazul prezentat in fotografia de mai

sus. Se poate observa ca structura din elemente prefabricate are o

diferenta mare de rigiditate pe cele doua directii si datorita directiei

20




de actiune a seismului una din structuri a cedat, iar cealalta orientata

favorabil fata de actiunea cutremurului nu a suferit degradari majore.

Cel mai elocvent exemplu il reprezinta structurile din beton

prefabricate ce au cedat in urma cutremurului din 1988 in Spitak in

Armenia. De asemenea s-au produs cedari ale unor garaje in urma

miscarii seismice din 1994 de la Northridge. In aceste cazuri s-au

inregistrat deformatii excesive ale stalpilor, care fusesera proiectati

pentru preluarea fortelor gravitationale, avand drept consecinte

cedarea treptata a stalpilor ce a condus la cedarea constructiilor.

a. Prin instrumentarea cladirilor se va intelege totalitatea

activitatilor tehnice si financiare care permit echiparea unei anumite

cladiri cu aparatura specifica inregistrarii calibrate si stocarii

miscarilor induse de vibratii,. Cladirile astfel instrumentate pot fi

considerate „microstatii” informationale.

b. In vederea cuantificarii efectelor cutremurelor,

instrumentarea cladirilor reprezinta unul dintre cele mai eficiente

mijloace prin care se obtin informatii sigure cu privire la comportarea

diferitelor categorii de cladiri, componente ale sistemelor structurale,

instalatii, sisteme de echipamente si medii de fundare.

c. In timpul unui eveniment real se realizeaza testarea la scara

naturala a unei cladiri, fiind eliminate in aceasta situatie limitarile

caracteristice unei miscari simulate. Singurele limitari existente sunt

legate de:

• timpul necesar pentru a obtine datele;

• calitatea instrumentarii cladirilor;

• asigurarea ca toate inregistrarile sa fie corect prelucrate si

interpretate.

d. Având în vedere obiectivul principal ale instrumentarii, este

necesar sa se stabileasca o metodologie eficienta pentru realizarea

acestuia, in vederea diferentierii problemelor legate de comportarea

21




diferitelor categorii de sisteme structurale. Metodologiile stabilite

pentru instrumentarea cladirilor sunt diferite de cele utilizate pentru

supravegherea seismica a barajelor, podurilor, centralelor nucleare

sau a altor constructii speciale.

e. Obiectivul proiectarii si realizarea unei „microstatii

informationale” este acela de a produce un „ansamblu” format dintr-

un traductor, un conditionator de semnal si un sistem de inregistrare

prin intermediul caruia sa se obtina un volum maxim de informatii

despre caracteristicile miscarii in timpul unei actiuni dinamice, sau

despre raspunsul dinamic al diferitelor categorii de sisteme

structurale. In urma procesarii datelor instrumentale se obtin valori

precise ale caracteristicilor miscarilor intr-un domeniu dinamic larg în

functie de costurile instrumentelor, cele legate de intretinerea

acestora si cel al prelucrarii informatiilor obtinute.

f. Datele de baza ale miscarilor si ale raspunsului sistemelor

structurale sunt extrem de importante facind posibile:

• compararea diferitelor miscari pe baza caracteristicilor

globale si potentialului distructiv al acestora;

• interpretarea comportarii diferitelor sisteme structurale si

stabilirea faptului daca avariile produse sunt rezultatul miscarilor

distructive sau ale unor greseli de proiectare sau executie;

• cuantificarea parametrilor de baza ai proceselor de generare

si propagare a miscarilor, astfel incat investigatiile sa poata fi

interpretate si utilizate în aplicatii ingineresti;

• furnizarea necesarului de date instrumentale care sa

acopere numarul mare de variabile introdus de generarea si

propagarea vibratiilor si interactiunea acestora cu diferite sisteme

structurale existente.

Aceste obiective de baza trebuie avute în vedere atunci când se

intetioneaza proiectarea unui sistem de instrumentare.

22




g. Obiectivele principale care stau la baza deciziei de

instrumentare a unei cladiri pot fi sintetizate astfel:

• obtinerea de date instrumentale cu grad ridicat de încredere,

prin intermediul carora sa poata fi evaluata starea de eforturi si de

deformabilitate generata într-o cladire ;

• îmbunatatirea capacitatii de întelegere a comportarii

diferitelor sisteme structurale ale cladirilor si a modului de avariere a

acestora la încarcari dinamice produse de miscari distructive;

rezultatul direct al acestui deziderat consta în faptul ca activitatile de

proiectare si de executie pot fi îmbunatatite astfel încât avarierea

cladirilor sa fie minima;

• obtinerea unor învataminte cu privire la sistemele

structurale cele mai vulnerabile sau cele mai eficiente,

corespunzatoare anumitor zone sau amplasamente;

• acumularea unor cunostinte noi cu privire la influenta

proprietatilor terenului din amplasament si caracteristicilor unitatilor

structurale, în vederea perfectionarii conceptiei de proiectare si

realizare a constructiilor, la un nivel ridicat de asigurare .

• studierea fenomenelor de interactiune dintre cladiri si

diferite medii de fundare;

• comportarea terenului de fundare si influenta conditiilor

locale;

• obtinerea de informatii reale cu privire la comportarea

dinamica a unei cladiri în timpul solicitarii dinamice, pentru a putea fi

comparata obiectiv cu cea anticipata prin calcul; astfel, sunt necesare

examinari detaliate ale „performantelor” ale diferitelor categorii de

cladiri, ale caracteristicilor de raspuns ale acestora si ale factorilor de

mediu ce le pot influenta, cu scopul de a constata daca comportarea

reala ar fi putut fi anticipata si, în consecinta, ar fi putut fi elaborate

23




noi modele de calcul prin intermediul carora sa fie diminuate sau

chiar înlaturate deficientele constatate;

• perfectionarea codurilor de proiectare a cladirilor;

• identificarea caracteristicilor raspunsului sistemelor

structurale si utilizarea informatiilor obtinute la stabilirea strategiilor

de îmbunatatire a performantelor structurale;

• reducerea hazardului;

• perfectionarea proiectarii sistemelor structurale.

h. Conectarea echipamentelor instrumentale din statiile seismice

la sistemul national de achizitie si stocare a datelor înregistrate, sau

la anumite subsisteme regionale/zonale, reprezinta o sursa

suplimentara si importanta de informatii. Subsistemele de colectare a

informatiilor pot fi distribuite în teritoriu pe baza unor criterii de

competenta tehnica si de performanta.

i. Datele obtinute prin înregistrarile instrumentale/experimentale

pot furniza informatii deosebit de importante cu caracter fundamental

privind identificarea anumitor parametri specifici actiunilor si

structurilor de rezistenta:

• parametri care pot caracteriza amplasamentele

locale/punctuale;

• parametri corespunzatori proprietatilor dinamice proprii si

caracteristicilor de raspuns ale structurilor de rezistenta, implicit celor

de rigiditate/flexibilitate .

j. Pe baza înregistrarii, prelucrarii, interpretarii si extrapolarii

informatiilor instrumentale/experimentale, pot fi anticipate gradele

relative de vulnerabilitate potentiala, atât ale amplasamentelor, cât si

ale structurilor de rezistenta. Practic, rezultatele obtinute pot

contribui la elaborarea unor masuri tehnice minime de

reabilitare/refacere/retrofitare a cladirilor existente, prin care sa se

24




previna, chiar sa se evite, aparitia unor probabile distrugeri sau

avarii.

k. Toate informatiile furnizate de sistemele de supraveghere

permit identificarea defectiunilor esentiale si în consecinta, pot

contribui la adoptarea celor mai eficiente solutii de redresare a

caracteristicilor structurale, definite, în principal, prin capacitatea de

rezistenta si prin caracteristicile de deformabilitate. În urma unor

prelucrari si extrapolari specifice ale datelor înregistrate, pot fi puse

în evidenta viciile genetice de conceptie si de conformare ale

elementelor structurale ale cladirilor sau constructiilor, precum si a

deficientelor de evaluare initiala a structurii de rezistenta.

4.18 Criterii de amplasament a cladirilor monitorizate

seismic

Cladirile selectate în vederea instrumentarii trebuie sa fie

amplasate în zone strategice, în care sunt asteptate miscari intense

capabile sa produca avarii elementelor sistemului structural al unei

cladiri, cel putin o data în perioada de instrumentare a acesteia.

Durata de functionare a unui sistem de monitorizare a unei

cladiri este estimata la 1÷10 ani. Datorita acestui fapt, alegerea

amplasamentului cladirii ce urmeaza a fi instrumentata este extrem

de importanta, întrucât o selectare neadecvata poate conduce la

obtinerea unor informatii neconcludente sau chiar la lipsa acestora.

Mai mult, daca probabilitatea de a obtine informatii

semnificative despre o miscare intensa este foarte scazuta, devine

evident faptul ca probabilitatea de a irosi efortul financiar cerut de

realizarea sistemului de monitorizare este foarte mare.Pentru

fundamentarea deciziei de instrumentare a unei cladiri, determinarea

caracteristicilor dinamice ale unui anumit amplasament poate fi

25




realizata pe baza hartilor de microzonare, care definesc activitatea

microzonala.

4.19 Alegerea sistemelor de instrumentare

Pentru România, costul instrumentarii eficiente a unei cladiri,

inclusiv întretinerea acesteia, ar putea fi considerat ridicat. Daca

instrumentarea se face cu un numar redus de instrumente se va

obtine, evident, un numar limitat de date utilizabile. Tinând seama de

aceste doua aspecte, opuse din punctul de vedere al optiunii de

instrumentare, configuratia sistemului de instrumentare trebuie sa

asigure cel putin identificarea comportarii dinamice a cladirii

instrumentate.

În functie de severitatea miscarii, în elementele sistemului

structural al unei cladiri pot sa apara atât deformatii elastice cât si

deformatii inelastice si este absolut necesar ca acestea, utilizând

modele si metode de calcul specifice, sa poata fi justificate.

Metodele de identificare dinamica curent utilizate si având la

baza tehnici de prelucrare a informatiilor atât în domeniul timp cât si

în domeniul complex al frecventei necesita un numar ridicat de date

pentru o identificare unica a sistemului structural.

Constructia modelelor de calcul structural având ca suport date

instrumentale presupune asigurarea echilibrului între diferite

atribute: liniar/neliniar, parametric/neparametric,

determinist/stohastic, tinând seama de numarul parametrilor

considerati (mare/redus) si de calitatea informatiilor experimentale.

Altfel spus, numarul datelor instrumentale utilizabile decide

complexitatea acestor modele de calcul. Caracterul complex al unui

model de calcul structural este dat în primul rând de geometria

26




sistemului structural al unei constructii prin numarul gradelor de

libertate ale modelului dinamic.

În general, identificarea dinamica a sistemelor structurale

consta într-o definire unica a caracteristicilor de rigiditate si de

amortizare pentru modelele liniare sau neliniare considerate,

dependente de relatiile „forta-deformatie”, respectiv „moment-

curbura”.

Matricea de rigiditate depinde de configuratia modelului

dinamic. Cel mai simplu model - „modelul forfecat” - poate fi utilizat

pentru calculul sistemelor structurale în cadre spatiale fara a tine

seama de rotatia nodurilor rigide. Matricea de rigiditate

corespunzatoare acestui model dinamic este o matrice tridiagonala,

iar pentru a fi identificata este necesar un numar redus de date

instrumentale.

Pentru un sistem structural caracterizat printr-o distributie

uniforma a rigiditatii pe înaltime, exista o unica posibilitate de

identificare a caracteristicilor de rigiditate corespunzatoare unui

model liniar. Acest lucru este posibil numai în cazul existentei unor

înregistrari la nivelul fundatiei, etajului 1 si terasei sau la nivelul

ultimului etaj si terasei. Identificarea proprietatilor de rigiditate ale

altor sisteme structurale este mult mai complexa si, în consecinta,

este necesar un numar mai mare de informatii instrumentale

utilizabile.

Identificarea proprietatilor de amortizare ale unui sistem

structural este mai dificila decât identificarea proprietatilor elastice

ale acestuia si depinde, în principal, de modelul de amortizare ales.

Identificarea dinamica a modelelor neliniare reprezinta o

operatie extrem de complexa deoarece implica cunoasterea unui

numar ridicat de parametri pentru care sunt necesare multe

informatii cu caracter experimental/instrumental.

27




Localizarea echipamentelor de înregistrare în diverse zone ale

unei cladiri si performantele tehnice ale aparatelor de înregistrare au

un rol decisiv în achizitia de informatii instrumentale. Amplasarea

optima a unui numar limitat de instrumente trebuie realizata astfel

încât datele înregistrate sa ofere o imagine completa asupra

comportarii sistemului structural al cladirii în timpul actiunii dinamice,

iar rezultatele, obtinute prin tehnici specifice identificarii structurale,

sa fie unice si caracterizate printr-un nivel redus de incertitudine.

Distributia instrumentelor într-o cladire în vederea obtinerii

unor informatii utilizabile depinde, în principal, de factorii urmatori:

• grupa tipologica din care face parte cladirea (sistem structural,

configuratie în plan, numar de etaje, materiale din care este

realizata);

• modelul de calcul structural utilizat în investigatiile teoretice si

numarul corespunzator de informatii instrumentale cerut pentru o

întelegere deplina a comportarii cladirii în timpul miscarii dinamice,

pentru o selectie eficienta a parametrilor de identificare structurala si

pentru stabilirea locatiilor de amplasare a instrumentelor.

La proiectarea unui sistem de instrumentare seismica trebuie

avute în vedere toate criteriile prezentate în cadrul acestui paragraf,

astfel încât sa se poata obtine date seismice utilizabile printr-un

numar optimizat de instrumente seismice.

4.20 Criterii privind selectia cladirilor pentru

instrumentarea si monitorizarea lor in conditiile unor seisme

majore

O zona urbana dintr-un teritoriu supus actiunilor intensive repetate

cuprinde o mare varietate de cladiri care difera între ele, în principal,

prin:

• conditii geologice locale;

28




• vârsta;

• materialele din care sunt realizate;

• sisteme structurale;

• geometria în plan;

• înaltime.

Instrumentarea unui numar ridicat de cladiri la care sa se tina seama

de combinatiile posibile ale aspectelor mentionate anterior este

practic imposibil de realizat si inacceptabila din punct de vedere

economic. Pe de alta parte, ideea instrumentarii unui numar mare de

cladiri cu un numar redus de sisteme de achizitie a datelor

instrumentale este nejustificata din punct de vedere stiintific, întrucât

o monitorizare minima nu ofera posibilitatea unei identificari reale a

comportarii dinamice a cladirilor considerate. De aceea, din punctul

de vedere al utilitatii si aplicabilitatii rezultatelor experimentale în

vederea identificarii prin calcul a unui sistem structural, este

preferabila realizarea instrumentarii seismice a unui numar mai mic

de cladiri dar cu un numar suficient de mare de sisteme de achizitie.

4.21 Conditii geologice si de fundare

Conditiile geologice locale, caracteristice unui anumit

amplasament, au o influenta decisiva asupra comportarii sistemelor

structurale în timpul solicitarilor extreme.

Undele generate de energia eliberata sursa dinamica se transmit prin

mediul de propagare în urma unor fenomene extrem de complexe de

reflexie si refractie, datorate neomogenitatii si discontinuitatii

straturilor pe care le traverseaza. Principalele aspecte legate de

fenomenul de propagare a undelor într-o anumita zona sau într-un

amplasament delimitat sunt:

29




• variatia intensitatii undelor în functie de proprietatile fizico-

mecanice si dinamice ale mediului de propagare;

• modificarea raspunsului sistemelor structurale în functie de

caracteristicile de deformabilitate locala ale mediului de fundare,

specifice amplasamentului.

În timpul unor solicitari extreme, miscarea generata la

interfata „fundatie – mediu de fundare” este determinanta pentru

comportarea unei cladiri si, de aceea, trebuie întelese cele doua roluri

importante ale mediului de fundare:

• rolul de filtru dinamic pentru miscare (identificarea eventualelor

fenomene de filtrare dinamica, focalizare sau amplificare a efectelor

solicitarilor extreme);

• rolul de interactiune cu cladirea al carui suport îl reprezinta.

Fenomenul de interactiune dintre constructie si mediul de

fundare este extrem de important pentru aproape toate categoriile de

cladiri rigide amplasate în medii de fundare deformabile si prezinta

un interes real pentru cercetare. Astfel, în plus fata de amplasarea

aparaturii la nivelul fundatiei unei cladiri se recomanda amplasarea

unui accelerograf triaxial în câmp liber (freefield), conectat la reteaua

de supraveghere a cladirii si care ar trebui sa furnizeze informatii cu

privire la raspunsul mediului de fundare din amplasamentul cladirii.

În Fig.9 se prezinta un model de instrumentare al unei cladiri

cu sistem structural în cadre ortogonale.

30




Fig. 9 – Model de instrumentare al unei cladiri su sistem structural in cadre ortogonale

4.22 Sisteme de achizitie si prelucrare a datelor primare

Exigente ale instrumentarii seismice

Pentru a putea realiza o monitorizare eficienta a unei cladiri, în

sensul elucidarii aspectelor precizate anterior, se recomanda ca in

instrumentare sa se ia in considerare urmatoarele caracteristici:

• canale de înregistrare sincronizate, trigherizate;

• domeniul dinamic (raportul între amplitudinea maxima si minima a

semnalului ) de cel putin 108dB;

• rata de esantionare între 50÷250 sps;

• capacitati de memorare statica si dinamica;

• controlul de la distanta (linie telefonica sau conexiune Internet);

• sisteme continue/discontinue de inregistrare cu autonomie de

minim 24h de functionare cu mentinerea informatiei numerice

înregistrate pe suport nevolatil;

31




• autodeclansare la depasirea unui prag prestabilit sau declansare la

comanda externa;

• setare „pre-event” si „post-event” in cazul trigherizarii cu prag de

declansare;

• ceas intern /gps.

În vederea interpretarii corecte a înregistrarilor instrumentale

efectuate cu mai multe echipamente este necesar ca acestea sa

poata îndeplini simultan urmatoarele cerite:

• declansarea simultana a aparatelor;

• baza de timp sincronizata pentru toate instrumentele;

• esantionare comuna în vederea achizitiei numerice a semnalelor.

Figura 10 – Exemplu de instrumentare cu accelerografe triaxiale

Un exemplu în acest sens este prezentat în Fig. 10. În acest

scop s-a prevazut un set de instrumente triaxiale digitale,

interconectate într-o configuratie de tip retea, asigurându-se o

declansare simultana a înregistrarilor la atingerea limitei de

declansare prestabilita prin pragul de trigherizare.

32




4.23 Elaborarea modelului conceptual pentru

interconectarea la sistemul de alarmare seismica national.

Definire subansamble

Sistemul seismic dedicat supravegherii structurii de rezistenta a

unui spital , in cazul de fata o cladire foarte importanta care trebuie

sa fie functionabila in timpul situatiilor de criza, (cum ar fi

producerea unui cutremur puternic) , trebuie sa indeplineasca o serie

de conditii dintre care amintim:

1. Sa asigure posibilitatea unei diagnosticari post seism cat mai

rapide a sigurantei cladirii si sa alarmeze automat factorii de decizie

in cazul in care nivelul de acceleratie produs de seism si inregistrat

de accelerografe depaseste valorile maxime admise de catre

proiectant, deci cladirea nu mai prezinta siguranta .

2. Sa poata fi conectata la sistemul National de Alertate Seismica ,

astfel incat sa poata receptiona Semnalul de alerta transmis din zona

epicentrala (in cazul municipiului Bucuresti 25- 30 secunde ),

interval de timp relativ scurt dar care poate fi utilizat pentru punerea

automata in pozitia de siguranta a anumitor instalatii care pot deveni

periculoase pentru bolnavi si pentru personalul medical si

administrativ din cladire in cazul in care sunt surprinse in functiune

de unda seismica periculoasa.( lifturi, centrale termice, etc)

3. Sa poata transmite automat, in timp real, , catre Sistemul

National de evaluare a Hartii efectelor seismului ( Shake map) a

nivelelelor de acceleratie inregistrate de catre senzorii seismici care

supravegheaza cladirea. Aceasta va permite o mai buna cunoastere

de catre autoritatile abilitate sa gestioneze criza post seism a

necesitatilor imediate privind dirijarea mijloacelor de interventie si

salvare.

33




4. Sa permita stocarea datelor seismice in inregistratoare pentru o

perioada nedeterminata de timp in cazul in care sistemele de

comunicare au suferit avarii si nu mai pot sa transmita informatia

spre calculatorul central de proces.

5. Sa aiba o autonomie energetica cat mai mare ,stiut fiind faptul ca

in cazul nedorit al unui cutremur puternic reteaua electrica poate fi

intrerupta.

6. Sa fie usor de operat, si sa nu necesite costuri mari privind piesele

de schimb.

7. Sa fie un sistem flexibil, usor de intretinut si de modernizat in

cazul aparitiei de noi cerinte pe durata exploatarii

4.24 Modelul conceptual pentru supravegherea structurii

de rezistenta

Supravegherea seismica a structurii de rezistenta a Spitalului

Sf.Pantelimon se propune a fi realizata in conformitate cu cele mai

moderne cerinte in domeniu, cunoscute in literatura de specialitate

ca fiind ale unui sistem de tip OASIS.

In Anexa 1 se prezinta datele de firma ale sistemului OASIS

(Kinemetrics – SUA).

Pentru informare, Sistemul OASIS este compus din hard şi soft

dedicat pentru operare în timp real, pentru monitorizarea online a

structurilor în vederea evaluării continue a integrităţii structurale.

OASIS realizează patru funcţii vitale:

1. Alertare în timp real in-situ sau la distanţă

2. Achiziţie datelor ca un accelerograf cu un domeniu

dinamic mare

3. Controlul şi afişarea funcţiilor sistemului de la distanţă

4. Monitorizare pe termen lung

34




Sistemul OASIS este compus din urmatoarele subsisteme soft si

hard:

Subsistemul senzorilor incorporează accelerometre de tip

EpiSensor force balace de fabricaţie Kinemetrics. Accelerometrul de

tip EpiSensor furnizează semnal util pe o lărgime de bandă extinsa

de la DC până la 200 Hz . Aceasta permite studierea mişcării

structurii la frecvenţe înalte şi în acelaşi timp asigura răspunsul la

DC, foarte important pentru calibrarea simplă a senzorului direct in

amplasament şi pentru procesarea ulterioară.

Subsistemul de Achiziţie a Datelor se bazează pe un

digitizoare tip K2 si Etna. Acesta este un sistem de achizitie de

putere mica şi rezoluţie mare, interconectabil în reţelele de

comunicatie. K2 are 6 canale de intrare la domeniu dinamic de 135

dB fiecare, în combinaţie cu SLATE, un procesor multifuncţional

compact, de putere ultra-scăzută, care este folosit în acest caz

pentru achiziţie/concentrare de date.

Ca subsistem de Monitorizare Soft, OASIS utilizează

platforma Rockhound, care este un produs software/firmware

proiectat să proceseze datele dintr-unul sau mai multe digitizoare,

realizând funcţiuni asupra acelor date care sunt necesare

utilizatorului final. Aceste funcţiuni pot include printre multe altele şi

următoarele capacităţi:

- înregistrare continuă

- înregistrarea unui eveniment triggerat

- înregistrare intr-o anumită fereastra de timp

- managementul stocării datelor

- reformatarea şi retransmiterea telemetriei

- livrarea datelor

- procesarea ulterioara a datelor

35




Reţeaua Wireless este realizată prin folosirea Cisco Aironet

Wireless Bridge în punctul de concentrare, împreună cu MOXA

AirWorks Wireless Radios în punctele de achiziţie a datelor.

Ambele echipamente sunt echipate cu antenele standard pentru

distante scurte de transmitere în interiorul unei clădiri, precum şi

antene direcţionale de mare câştig pentru subsistemele de

achiziţie a datelor şi antene omni direcţionale pentru

concentratorul de date care permite comunicaţiile wireless pe

distanţe mai lungi.

Interfetele de comunicatie si software care vor fi instalate la

Spitalul Sf.Pantelimon pot fi considerate prin comparatie ca fiind

componente ale sistemului OASIS.

Senzorii folositi sunt accelerometri de tipul EpiSensor Model:

ES-U2

Acclerometrul EpiSensor tip Triaxial Force Balance model ES-U2

este proiectat în primul rând pentru aplicaţii privind ingineria

structurală. El poate fi folosit într-o mare varietate de aplicaţii

pentru măsurarea acceleraţiilor într-o gama larga, de la nivelul de

zgomot ambiental pana +/- 4g.

Fig.11 EpiSensor ES-U2 Force Balance Accelerometers

Avand domeniu de înregistrare full-scale de +/- 0.25 la +/- 4g

(selectabil de către utilizator) ES-U2 furnizează înregistrarea

mişcărilor din timpul cutremurelor cu o buna dinamica , chiar şi în

locaţiile apropiate de falie şi într-o largă varietate tipuri de structură.

36




Deoarece zgomotul ES-U2 este extrem de mic, el poate detecta

mişcări ale câmpului de vibraţii ambientale in majoritatea site-urilor

urbane şi structurilor civile de la 1 Hz la 200 Hz. Ieşirea de la ES-U2

este un semnal amplificat, deci nu are nevoie de alte dispozitive

electronice externe, decât un sistemul de achiziţie a datelor.

Asa cum s-a mentionat mai sus , lungimea de bandă semnificativ

îmbunătăţită de la DC la 200 Hz permite inginerilor şi cercetătorilor

să studieze mişcarea pământului la frecvenţe mai înalte decât cele

captate de senzorii seismici clasici şi în acelaşi timp menţinerea

răspunsului la DC este foarte important deoarece permite calibrarea

simplă a senzorului direct in amplasament şi reduce confuzia în

procesare.

Caracteristicile EpiSensor ES-U2

Zgomot redus Banda de raspuns extinsa de la DC la

200Hz Posibilitatea de selectie a nivelului maxim

de iesire Bobina de calibrare standard Iesire unipolara sau diferentiala cu

posibilitate de selectare Proetectie la transient SPECIFICATII Dinamica 155 dB+ Banda de lucru DC la 200 Hz Bobina de calibrare Standard Nivelul maxim de iesire in acceleratie Selectabil pentru +/- 0.25 g, +/- 0.5 g,

+/- 1g, +/- 2 g, +/- 4 g Nivelul maxim de iesire in volti Selectabil pentru; +/- 2.5 V unipolar, 10 V

unipolar, +/- 5 V diferential, +/- 20 V diferential.

Ajustarea pozitiei de zero Prin trei orificii accesibile unei regalri eficiente

Linearitatea < 1000 µg/g2

Hysterezis < 0.1 % din maximul de scala Senzitivitatea Directionala <1% Eroare termica < 500 µg/grad celsius Alimentare 12 mA pentru +/- 12 V amplificator

standard, 35 mA pentru +/- 12 V amplificator cu zgomot redus.

Dimensiuni 13,3 cm diamentru, 6,2 cm inaltime

37




Fixare Prin incastrare in structura cu ajutorul unui holtz surub.

Conector Variata militara -otel Temp de lucru -20 0C la 70 0C

Inregistratorul K2 (vezi si Anexa 2)

Inregistratorul K2 , un digitizor de putere mică şi rezoluţie mare,

interconectabil în reţea printr-o interfata de tip MOXA DE 311.

Pentru a furniza o cat mai mare flexibilitate in accesarea si stocarea

datelor, comunicatii, Kinemetrics a inclus 2 sloturi PCMCIA ce

suporta o varietate larga de carduri de memorie, hard disk-uri si

modemuri. Acestea permit utilizatorilor o configurare cat mai usoara

a K2-ului pentru diferite aplicatii. Cele doua programe dezvoltate de

catre Kinemetrics, QuickTalk si QuickLook, furnizeaza un mediu

prietenos si usor pentru configurarea sistemului, comunicatii si

analiza datelor.

Fig.12 - Inregistratorul K2

Caracteristici ale inregistratorului K2

Caracteristici principale

Interval dinamic ~ 114 dB (200 sps, 0-50 HZ BW

Sistem de operare multi-tasing ce permite simultan achizitia de date si interogare

Precizia de timp ± 0.5 milisecunde data de esantionarea sincronizata cu un sistem optional GPS

Capabilitatea de alertare la distanta pentru evenimente de sistem sau greseli de autodiagnosticare

38




Achizitie de date la distanta cu date digitale in timp real la iesire

Aplicatii

Retele dense de monitorizare a structurilor

Retele dense 2D si 3D

Retele dense pentru studiul replicilor

Retele seismice locale, regionale si nationale

Achizitia de date

Tip Sistem cu 24 bit DSP (Digital Signal Processing)

Filtru anti-alias Filtru FIR Brickwall. Frecventa de taiere 80% din frecventa Nyquist; 120 dB la Nyquist

Interval dinamic > 114 dB DC tipic la 50 Hz Raspuns in frecventa DC - 80 Hz la 200 sps Rate de esantionare 20, 40, 50, 100, 200, 250

Moduri de achizitie Continuu, declansare

Formatul datelor de iesire 24 bit cu semn (3 byte)

Determinari de parametri Determinarea parametrilor in timp real

Declansare

Tip Filtru trece banda IIR (3 tipuri diponibile)

Selectia declansarii Selectare independenta pentru fiecare canal

Nivel de declansare Intern, extern sau voturi de declansare in cadrul unei retele dupa o combinatie aritmetica

Vot de declansare Intern, extern dupa o combinatie aritmetica

Declansare aditionala STA/LTA (media semnalului in valori absolute pe o fereastra scurta de timp/ media semnalului in valori absolute pe o fereastra lunga de timp)

Stocarea datelor Tip 2 sloturi PCMCIA

Compatibilitate PCMCIA standard 2.1. Socket-urile accepta carduri tip I, II, II, modem tip I sau II

Slot de stocare primar Card de minimum 16 MB memorie Slot de stocare secundar Card de minimum 16 MB memorie Slot paralel secundar Accepta modem tip I sau II cu conectori

Capacitate de inregistrare Aproximativ 22 minute per canal per MB, date 24 bit la 200 sps

Format de inregistrare Datele sunt stocate intr-un sistem de fisiere DOS ce permit cardurilor sa fie citite pe PC

Firmware

Tip Sistem de operare multi-tasking ce accepta simultan achizitie si interogare. Posibilitate de upgrade la distanta.

Control sistem Configurarea ratei de esantionare, a tipului de filtru, a tipului de declansare si votare

Interfata cu utilizatorul Prin intermediul interfetei RS-232

39




Alertare inteligenta Sistemul poate fi configurat sa initieze comunicatia in cazul in care un eveniment sau o greseala de autodiagnosticare sunt detectate

Auto diagnosticare Sistemul poate fi configurat sa verifice continuu tensiunea, temperatura, RAM si integritatea sistemului baza de timp

Setare rapida Unitatea poate fi configurata din fisierul de parametri stocat pe cardul PCMCIA

Baza de timp

Tip Oscilator liber intern (standard), GPS (optional).

GPS Integrat cu sistemul, furnizeaza timpul, corectia oscilatorului intern so pozitia geografica

Precizia de timp (GPS) 5 microsecunde

Putere Ciclu de putere este controlat prin software. 110mA la 12V Intrare/Iesire, Afisaj

Afisaj Matrice de 8 LED-uri. Indica tipul de achizitie, evenimentul, inregistrarea, tensiunea bateriei, memoria folosita

Intrare Conector pentru 24 Vdc, baterie externa

Interfata RS-232 Interfata RS-232C cu control prin modem

Intrare auxiliara Conector pentru 4 canale, iesire IRIG, intrare IRIG, iesire pentru alarma, interfata pentru interconectarea mai multor unitati.

Protectie EMI/RMI Toate liniile de intrare si iesire sunt protejate de filtre feromagnetice

Alimentare

Tip Sistem intreruptibil, baterie

Intrare 24 Vdc de la baterie

Interval de operare 10.5V – 15V

Tensiune baterie externa 100-250Vac 50/60Hz

Rezistente 4 rezistente 2 amp

Baterii Baterie interna 12 V 12 Ah

Autonomie > 36 ore

Software suportat

QuickTalk Program de control si accesare a datelor prin conexiune directa sau prin modem

QuickLook Program de accesare si vizualizare a datelor si a informatiilor despre eveniment.

Antelope Sistem de operare si de management pentru retele seismice medii si largi (comercial)

40




Earthworm Sistem de operare si de management pentru retele seismice medii si largi (public)

NMS Sistem de management pentru retele seismice mici si medii (comercial)

PSD Program de analiza a datelor seismice (Power Spectral Density)

SMA Program de procesare si analiza a datelor seismice (Strong Motion Analyst)

Mediu Temperatura De la -20oC la 70oC

Sistemul de inregistrare multicanal Mt. Whitney (vezi Anexa3)

Accelerograful Etna (vezi si Anexa 4)

Accelerograful Etna este un digitizor asemanator cu digitizorul K2

dar are numai 3 canale iar senzorul este integrat in digitizor. Pentru

a furniza o cat mai mare flexibilitate in accesarea si stocarea datelor,

comunicatii, Kinemetrics a inclus 2 sloturi PCMCIA .

De asemenea Etna poate comunica cu sistemul central de achizitie

date prin interfata de tip DE 311.

Fig.13 Accelerograful ETNA

Interfete de comunicatii

Pentru a achizitiona datele seismice de la senzori se vor folosi

Comunicaţii Wireless

41




Reţeaua wireless foloseşte Cisco Aironet 1300 Wireless Bridge

şi MOXA AirWorks AWK-1100 Wireless Radios.

Access Point/Bridge-ul pentru exterior Cisco Aironet 1300

Series este o platformă flexibilă cu funcţionare în regim de access

point, bridge şi workgroup bridge. Cisco Aironet 1300 Series oferă o

conectivitate de viteză mare şi cost redus între mai multe reţele şi

clienţi, ficsi sau mobili.

Cisco Aironet 1300 Series oferă suport pentru standardul

802.11b/g – asigurand rate de transfer de până la 54 Mbps cu o

tehnologie sigură. MOXA AirWorks AWK-1100 oferă clienţilor care

efectuează achiziţia de date facilitatea de a se conecta la reţea

folosind tehnologia wireless.

Achiziţia şi concentrarea datelor

Fiecare din cele 6 inregistratoare seismice care vor fi instalate

la Spitalul Sf.Pantelimon vor putea colecta, digitiza şi transmite

semnalul analog primit de la accelerometrele fixate în structura

studiată. Datele vor fi transmise la centrul de achiziţie via wireless in

combinatie cu tronsoane de fibra optica care vor asigura si rezerva

de comunicatie in cazul intreruperii accidentale a functionarii retelei

radio.

Datele vor fi înregistrate în concentratorul de date SLATE care

are un harddisk de 16GB şi poate concentra toate datele şi le poate

oferi pentru procesare ulterioară în mai multe formate cunoscute, ca

de exemplu în formatul nativ Kinemetrics .EVT, ASCII, MATLAB,

etc.

42




Procesorul SLATE lucreaza cu sistemul de operare Linux

integrat şi este platforma pe care rulează softul de monitorizare

Rockhound pentru această aplicaţie.

Sistemul de operare

Deoarece Rockhound este scris în limbajul Java, Rockhound nu

este limitat la un anumit sistem de operare. Codul programului

Rockhound poate rula pe multiple sisteme de operare.

Maşina Virtuală Java, sau JVM: JVM oferă mediul în care

operează codul Java compilat al Rockhound. JVM-ul izolează codul

Rockhound de detaliile specifice fiecărui calculator şi sistem de

operare folosit. Rockhound este scris pentru JVM 1.4 sau mai recent

pentru Sun.

Firmaware-ul Rockhound

Acesta este firmware-ul care execută de fapt funcţiile unităţii.

Funcţiile depind de tipul modulelor folosite şi modul de conectare al

acestora. Acest firmware va fi actualizat periodic de Kinemetrics pe

măsură ce noi capabilităţi sunt adăugate sistemului Rockhound, sau

în urma schimbărilor dictate de necesităţile utilizatorilor, surselor de

date folosite, sau a altor factori.

Software suport pentru Rockhound

Scris de asemenea in Java, suportul pentru Rockhound include

ROCKTalk, un utilitar care permite utilizatorului să configureze

Rockhound uşor şi rapid pentru cele mai frecvente aplicaţii.

43




In concluzie, configuratia sistemului de supraveghere seismica

se compune in principal din:

a. Sase (6) inregistratoare digitale seismice de tipul Strong

motion (ETNA Kinemetrics) cu senzori triaxiali pentru acceleratie

maxima de 2g, memorie interna pentru salvarea automata a

inregistrarilor seismice care depasesc un nivel prestabilit, autonomie

de functionare de 48 ore in cazul intreruperii alimentarii cu

electricitate, sistem de transmisie automata a datelor spre o Unitate

Centala de analiza si decizie, receptor GPS pentru sincronizarea

timpului GMT (tipul universal folosit in inregistrarile seismice) .

Aceste inregistratoare vor fi deci instalate in locatiile dorite (1 buc in

camp liber in vecinatatea constructiei, un accelerograf la subsolul

cladirii, un accelerograf pe planseul ultimului etaj si un accelerograf

pe planseul ultimului etaj).

Accelerografele vor fi legate in retea la o Unitate Centrala

prin intermediul a sase Cutii de jonctiune dotate cu: modul adaptor

RS 232 / Ethernet, alimentator si sistem protectie la supratensiune.

b. Unitatea Centrala va fi instalata intr-un cabinet de 19” si va

contine:

- Calculator Industrial de proces (cu monitor si accesorii), care

analizeaza in timp real inregistrarile seismice

- Soft specializat pentru inregistrarea evenimentelor seismice , in

vederea arhivarii.

- Soft specializat in vederea analizei in timp real a evenimentelor

seismice si alarmarii la depasirea unor valori de acceleratie

prestabilite.

- Modul de alarmare seismica locala la depasirea unor valori de

acceleratie prestabilite (optic, acustic, e-mail ,etc.)

44




- Modul de receptionare a alarmarii seismice transmise din zona

epicentrala de catre INCDFP (Institutul National C-D Fizica

Pamantului)

- Modul de interfatare cu Reteaua Nationala de statii seismice a

INCDFP

Acestea vor permite receptionarea de catre managementul

spitalului Sf.Pantelimon a alarmarii seismice transmise de catre

INCDFP din zona epicentrala (in caz de cutremur puternic) cu 25-30

secunde inainte de sosirea undelor seismice periculoase la Bucuresti,

precum si cuprinderea automata a inregistrarilor de la Spital in

procesul de evaluare a hartii efectelor cutremurului.

- Switch 16 ports

- Imprimanta Laser Jet care tipareste valorile maxime de acceleratie

inregistrate de catre cei 4 senzori triaxiali precum si formele undelor

seismice inregistrate de acestia

- Sistem de protectie la suprasarcina si supratensiune

- Sistem de alimentare neintrerupta ( UPS 1 200 VA).

Programul de detectie si evaluare a evenimentului seismic in

vederea alarmarii managementului Spitalului Sf.Pantelimon este

prezentat in Anexa 5.

5. Anexe

Anexa 1 – Sistemul OASIS (Kinemetrics – SUA) date de catalog

Anexa 2 – Inregistratorul K2 (Kinemetrics – SUA) date de catalog

Anexa 3 – Sistemul de inregistrare multicanal Mt Whitney (Kinemetrics –

SUA) date de catalog

Anexa 4 – Accelerograful tip ETNA (Kinemetrics – SUA) date de catalog

Anexa 5 – Programul de detectie si evaluare a evenimentului seismic in

vederea alarmarii

Anexa 6 – Standard pentru interschimbul de date in timp real, privitoare

la cutremure (seed)

45




6. Concluzii

In cadrul etapei 1 a proiectului SISTEM DE MONITORIZARE IN

TIMP REAL A SIGURANTEI SI INTEGRITATII STRUCTURILOR

SPITALELOR DE URGENTA SI ALARMARE IN CAZ DE SEISM. STUDIU

DE CAZ SPITALUL SF. PANTELIMON au fost realizate urmatoarele

obiective:

- elaborarea modelului conceptual al sistemului de monitorizare

in timp real al structurilor specifice spitalelor de urgenta;

- elaborarea modelului conceptual de interfatare a

managementului cu sistemul national de alarmare seismica.

Modelul conceptual al sistemului de monitorizare in timp real al

structurilor de rezistenta specifice spitalelor de urgenta (sistem de tip

OASIS – On-line Alerting of Structural Integrity and Safety) propune

ca sistemul sa asigure :

- alertarea in timp real in-situ sau la distanta;

- achizitia datelor cu un accelerograf cu domeniu dinamic mare;

- controlul si afisarea functiilor sistemului de la distanta;

- monitorizarea pe termen lung.

Structura sistemului OASIS va cuprinde:

- subsistemul senzorilor, care vor încorpora accelerometre de tip

EpiSensor Force Balance;

- subsistemul de achizitie a datelor, care se bazeaza pe

digitizoare tip K2 si ETNA;

- subsistemul de monitorizare soft, care va utiliza platforma

Rockhound, capabila sa proceseze datele de la mai multe

digitizoare;

- subsistemul de comunicatie (transmitere date), care va fi o

retea wireless cu utilizarea Cisco Aironet Wireless Bridge;

46




- subsistemul „centru de monitorizare”, care va cuprinde un

calculator de proces, soft specializat pentru inregistrarea

evenimentelor seismice,soft specializat pentru analiza in timp

real a evenimentelor sesimice, modulul de alarmare seismica

locala si modulul de receptionare a alarmarii seismice din zona

epicentrala.

Modelul conceptual de interfatare a managementului cu sistemul

national de alarmare seismica propune ca sistemul integrat sa

indeplineasca urmatoarele conditii:

- asigurarea posibilitatii unei diagnosticari post seism cat mai

rapide a sigurantei cladirii;

- alarmarea automata a factorilor de decizie cu privire la

depasirea valorilor maxime admise de proiectant;

- conectarea la sistemul national de alertare seismica;

- transmiterea automata, in timp real, catre sistemul national de

evaluare a hartii efectelor sistemului (shake map);

- stocarea datelor seismice in inregsitratoare pentru o perioada

nedeterminata de timp;

- sa aiba autonomie energetica cat mai mare;

- sa fie usor de operat si sa nu necesite costuri mari privind

piesele de schimb;

- sa fie un sistem flexibil, usor de intretinut si de modernizat.

In cadrul acestei etape s-a realizat si documentarea asupra

elementelor componente ale sistemului si an ume: accelerografe tip

ETNA, inregsitratoare tip K2, sisteme de inregistratoare multicanal tip

Mt.Whitney.

In cadrul etapei s-a prezentat si „Programul de detectie si

evaluare a evenimentului seismic in vederea alarmarii” care a fost

elaborat de catre Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru

Fizica Pãmântului.

47




Programul este prezentat in doua variante:

- varianta 1 - de detectie si alarmare automata la evenimente

seismice cu magnitudine prestabilita;

- varianta 2 – de detectie si evaluare manuala a evenimentelor

seismice.

Elaborarea conditiilor si definirea elementelor sistemului de

monitorizare in timp real a sigurantei si integritatii structurilor

spitalelor de urgenta si alarmare in caz de seism va perimte

abordarea concreta a proiectarii sistemului de monitorizare in cadrul

etapei 2 a proiectului.

Intocmit

dr.ing.Ovidiu VASILIU

48




7. Bibliografie

1. OASIS for pEQ BORA – Catalog de produs – Firma KINEMETRICS

– ed.01/07

2. GRANITE – High Dynamic Range, IP Aware, Communication

Centric Multichannel Recorder – Catalog produs – Firma

Kinemetrics – ed.7/05

3. EpiSensor ES-T – Catalog produs – firma Kinemetrics – ed.06/04

4. EpiSensor ES-U2 – Catalog produs – firma Kinemetrics –

ed.10/04

5. HypoSensor Force Balance Accelerometer – firma

Kinemetrics – ed.1/02

6. Project Brief – Structural Monitoring – firma Kinemetrics –

ed.5/99

7. Emil-Sever Georgescu, Ioan-Sorin Borcia - Monitorizarea

instrumentala a constructiilor la cutremur – Bucuresti - 2006

49

Aprecieri Asupra Normativului de Protectie Seismica

Documents

Transcript of Aprecieri Asupra Normativului de Protectie Seismica