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
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
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
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
- 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
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
- 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
• 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
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
• 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
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
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
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
• 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
- 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
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
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
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
- 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
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
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
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
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