contribuŢii la dezvoltarea metodologiei de … scutaru a… · contribuŢii la dezvoltarea...

UNIVERSITATEA TEHNICĂ “GHEORGHE ASACHI” DIN IAŞI

CONTRIBUŢII LA DEZVOLTAREA METODOLOGIEI DE MONITORIZARE

A PODURILOR

– REZUMAT TEZĂ DE DOCTORAT –

Doctorand: ing. Maria-Cristina SCUTARU

Conducător de doctorat : prof. univ. dr. ing. Nicolae ȚĂRANU

CONTRIBUŢII LA DEZVOLTAREA METODOLOGIEI DE MONITORIZARE A PODURILOR

i

CUPRINS

Cuprins i

Capitolul 1 Introducere 1

1.1 Generalități 1

1.3 Conținutul tezei 2

Capitolul 2 Viabilitatea podurilor din România 4

2.1 Generalități 4

2.2 Concepte moderne de inspecție a podurilor 5

2.3 Starea tehnică a podurilor amplasate pe drumurile naționale din România 7

2.3.1. Modul de determinare a stării tehnice a podurilor din țara noastră 7

2.3.2. Starea tehnică a podurilor amplasate pe drumurile naționale din

România 8


administrarea Direcţiei Regionale de Drumuri şi Poduri Iași 10

2.4. Concluzii 12

Capitolul 3 Tipuri de degradări întâlnite la podurile aflate în exploatare 13

3.1. Introducere 13

3.2. Definirea stării de degradare 14

3.3. Identificarea dinamică a degradărilor 15

3.4. Degradări ale structurilor de poduri deschise traficului rutier 15

3.4.1. Degradări ale căii pe pod 15

3.4.1.1. Degradări ale părții carosabile 15

3.4.1.2. Degradări ale elementelor de scurgere a apelor de pe pod 15

CUPRINS

ii

3.4.2. Degradări ale rosturilor de dilatație 15

3.4.3. Degradări ale suprastructurii podurilor 15

3.4.3.1. Degradări ale suprastructurilor din beton armat, beton

precomprimat și beton simplu 15

3.4.3.2. Degradări ale suprastructurilor metalice 15

3.4.5. Degradări ale infrastructurii podurilor 15

3.4.5.1. Degradări ale infrastructurilor din zidărie de piatră sau

din cărămidă 15

3.4.5.2. Degradări ale infrastructurilor din beton simplu, beton

armat sau beton precomprimat 15

Capitolul 4 Metodologia modernă de monitorizare a stării structurale a podurilor 16

4.1. Definirea conceptului de monitorizare a structurilor de poduri 16

4.2. Scopul, obiectivele şi avantajele implementării sistemelor de monitorizare

a podurilor 17

4.3. Monitorizarea integrată a stării de degradare 18

4.4. Principii de aplicare a sistemelor de tipul Structural Health Monitoring 18

4.4.1. Aplicarea sistemelor Structural Health Monitoring în cazul

structurilor noi sau a celor aflate în construcție 18


structurilor aflate în exploatare 19

4.4.3. Aplicații ale sistemelor Structural Health Monitoring

19

Capitolul 5 Componentele unui sistem de monitorizare a stării tehnice a podurilor

de tipul Structural Health Monitoring

20

5.1 Introducere 20

5.2 Prezentarea generală a principalelor componente ale unui sistem de

monitorizare de tipul Structural Health Monitoring (SHM) 21

5.3 Instrumente de măsurare a parametrilor monitorizați, componente ale

sistemului Structural Health Monitoring 21

5.3.1. Unități pentru captarea datelor provenite de la structura

monitorizată în funcție de tipul semnalelor de intrare înregistrate 21

5.3.1.1. Senzori de monitorizare a deformațiilor 21

5.3.1.2. Dispozitive de monitorizare a fisurilor 21

5.3.1.3. Senzori de detectare a coroziunii 21

5.3.1.4. Dispozitive de monitorizare a poziției 22

5.3.1.5. Senzori locali de tensiuni 22

5.3.1.6. Senzori de măsurare a vibrațiilor 22

5.3.1.7. Senzori de măsurare a accelerațiilor 22


iii

5.3.1.8. Senzori de măsurare a temperaturii 22

5.3.1.9. Senzori de măsurare a încărcării datorate vântului 22

5.3.1.10. Senzori Concremote 22

5.3.2. Tehnologii de captare și transmitere a datelor 22

5.3.2.1. Senzori piezoelectrici 22

5.3.2.2. Senzori wireless 22

5.3.2.3. Nanosenzori 22

5.3.2.4. Senzori magneto-elastici 22

5.3.2.5. Senzori cu fibră optică 22

5.3.2.6. Senzori optici de detecție 22

5.3.2.7. Senzori Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) 22

5.3.2.8. GPS (Global Possition System) 22

5.3.2.9. Senzori PolyVinyilDene Flouride (PVDF) 22

5.3.2.10. Senzori Liniar Variable Differential Transformers

(LVDT) 22

5.3.2.11. Scanarea podurilor pentru determinarea degradărilor 22

5.4. Sisteme de transmitere a datelor provenite de la structura monitorizată 22

5.5. Sisteme de procesare și stocare a datelor 23

Capitolul 6 Metode de inspecție și monitorizare a podurilor implementate la nivel

mondial

24

6.1. Generalități 24

6.2. Concluzii 25

Capitolul 7 Administrarea optimizată a podurilor în concept dinamic 29

7.1. Generalități 29

7.2. Metodologii de administrare a podurilor din România 29

7.2.1. Metodologia actuală aflată în exploatare 29

7.2.2. Metodologia modernă de evaluare a structurilor în concept dinamic 31

7.3. Instrumentele necesare implementării metodologiilor de administrare a

podurilor 31

7.3.1. Instrumentele necesare implementării Metodologiei de Evaluare

Vizuală a Stării Tehnice 31

7.3.2. Instrumentele necesare implementării Metodologiei de Evaluare în

Concept Dinamic 32

7.4. Pașii necesari implementării metodologiilor de administrare a podurilor 33

7.4.1. Pașii necesari implementării Metodologiei de Evaluare Vizuală a

Stării Tehnice 33

7.4.2. Pașii necesari implementării Metodologiei de Evaluare în Concept

Dinamic 34

7.5. Avantajele și dezavantajele metodologiilor prezentate 38

CUPRINS

iv

7.6. Concluzii 38

Capitolul 8 Studiu de caz privind aplicarea Metodologiei de Evaluare în Concept

Dinamic la o structură nouă

42

8.1. Introducere 42

8.2. Prezentarea generală a pasajului 43

8.3. Scheme de încercare a pasajului Octav Băncilă în regim static și în regim

dinamic 45

8.3.1. Încercarea în regim static 45

8.3.2. Încercarea în regim dinamic 45

8.4. Dispozitive de măsurare a răspunsului structural 46

8.5. Metodologiile de realizare a încercărilor efectuate pasajului Octav Băncilă 48

8.5.1. Metodologia de realizare a încercărilor în regim static 48

8.5.2. Metodologia de realizare a încercărilor în regim dinamic 48

8.6. Rezultatele încercărilor efectuate pasajului Octav Băncilă și interpretarea

lor 48

8.6.1. Comparaţie între rezultatele determinate în faza de proiectare şi

cele înregistrate în timpul încercărilor statice 48

8.6.2. Rezultatele înregistrate în timpul încercărilor în regim static 49

8.6.3. Compararea datelor rezultate în faza de proiectare cu cele

determinate în urma încercărilor în regim static 52

8.6.4. Rezultatele înregistrate în timpul încercărilor în regim dinamic 54

8.7. Concluzii 58

Capitolul 9 Studiu de caz privind aplicarea Metodologiei de Evaluare în Concept

Dinamic la o structură aflată în exploatare 60

9.1. Introducere 60

9.2. Prezentarea generală a podului 60

9.3. Conceperea modelului numeric pentru structura podului 62

9.4. Răspunsul dinamic al structurii determinat pe baza analizei numerice 63

9.4.1. Scenariul nr. 1 – Analiza modală a structurii în cazul în care există

conlucrare 63

9.4.2. Scenariul nr. 2 – Analiza modală a structurii fără conlucrare în

deschiderea D2

66


deschiderile D2 și D3 68


deschiderile D1 și D4 71

9.4.5. Scenariul nr. 5 – Analiza modală a structurii fără conlucrare 74

9.4.6. Concluzii privitoare la răspunsul dinamic 77


v

9.5. Alcătuirea sistemului automat de urmărire a comportării în exploatare a

podului 79

9.5.1. Senzori pentru captarea datelor din amplasament 79

9.5.1.1. Accelerometru uniaxial Brüel & Kjær 79

9.5.1.2. Accelerometru uniaxial PCB Piezotronics 80

9.5.2. Puntea de achiziție a datelor 80

9.6. Dispunerea senzorilor pentru monitorizare 81

9.7. Modul de instalare a senzorilor în secțiunile caracteristice ale podului 83

9.8. Analiza datelor înregistrate in-situ în timpul monitorizării 84

9.9. Analiza comparativă a rezultatelor modelărilor numerice și a datelor

înregistrate in-situ 89

9.10. Concluzii 90

Capitolul 10 Concluzii generale, contribuții personale și valorificarea rezultatelor 91

10.1. Concluzii generale 91

10.2. Contribuții personale 96

10.3. Direcții de dezvoltare 97

10.4. Valorificarea rezultatelor 98

Capitolul 11 Bibliografie generală 102

CUPRINS

vi

Pagină lăsată intenționat goală


1

Capitolul 1

INTRODUCERE

1.1. Generalități

Podurile au fost create și dezvoltate continuu încă din cele mai vechi timpuri. Aceste

construcții fac parte din categoria lucrărilor de artă și sunt realizate în scopul traversării unor

obstacole (râuri, strâmtori, văi, căi de comunicații). De asemenea, prin construirea podurilor se

pot stabili noi relații economice între diverse zone, se contribuie la creșterea economică și se

diminuează timpul de transport al bunurilor și al persoanelor.

Datorită limitărilor bugetare cu care se confruntă administratorii rețelelor rutiere, atât

comunitatea academică cât și personalul tehnic responsabil cu întreținerea podurilor lucrează

permanent la dezvoltarea unor noi metode de reducere a costurilor și de creștere a sustenabilității

structurilor.

În zilele noastre, în majoritatea țărilor, cea mai mare parte a infrastructurii de transport

este deja construită, provocarea principală fiind întreținerea acesteia, la costuri acceptabile. În

unele cazuri, când se constată o stare avansată de degradare a structurii, lucrările de întreținere și

reparații pot fi mai costisitoare decât înlocuirea completă a podului.

Structurile podurilor, datorită rolului lor principal și a mediului de amplasare, se

degradează continuu, încă de la darea în exploatare, uneori chiar din timpul construcției.

Principalele cauze ale degradărilor sunt reprezentate de: încărcările repetitive din trafic, influența

factorilor nefavorabili ai mediului înconjurător, depășirea greutăților maxime ale vehiculelor

angajate în traversarea structurii și evenimentele cu caracter extrem.

INTRODUCERE

2

În scopul evaluării viabilității (capacitatea de preluare a traficului în condiții de siguranță

și confort), administratorii au dezvoltat un sistem de calcul al Indicelui de Stare Tehnică (IST)

prin care se clasifică podurile în funcție de starea de degradare. În România, IST-ul se determină

la perioade normate de timp, pe baza constatărilor vizuale ale unei persoane specializate,

desemnată de către administrator. Metodologia actuală de calcul a IST-ului presupune

identificarea tuturor degradărilor și evaluarea acestora prin atribuirea unor coeficienți (denumiți

depunctări).

Metodologia actuală de determinare a IST-ului prezintă o serie de dezavantaje ce ridică

dificultăți în aplicarea curentă. Dintre acestea, cel mai important, constă în modul de

implementare a evaluărilor (exclusiv vizual), care, de cele mai multe ori, implică un grad mare

de subiectivism. Ca urmare, tendința firească a echipelor de cercetare a fost să dezvolte

metodologii noi de evaluare a IST-ului prin care să se minimizeze sau să se elimine aspectele

nefavorabile ale metodologiei curente. În cadrul tezei de doctorat se propune, se descrie și se

fundamentează evaluarea stării de viabilitate a podurilor prin intermediul Metodologiei de

Evaluare în Concept Dinamic (MECD). În această nouă abordare se prelucrează datele

înregistrate de sisteme performante de monitorizare montate pe structura podului. Astfel,

relevanța și corectitudinea rezultatelor nu depind de nivelul de pregătire și de experiența

utilizatorilor din cadrul administrațiilor.

1.2. Conţinutul tezei

Teza de doctorat este structurată pe 10 capitole, după cum urmează:

Capitolul 1 – Introducere, defineşte motivaţia și descrie premisele ce stau la baza

programului de cercetare. De asemenea, în ultima parte se prezintă succint conţinutul fiecărui

capitol al tezei.

Capitolul 2 – Viabilitatea podurilor din România, descrie starea actuală a podurilor din

țara noastră. Capitolul este divizat în 3 subcapitole. Primul prezintă noțiunile generale privitoare

la structurile de poduri, la evaluarea și întreținerea acestora. În a doua parte se definesc și se

caracterizează sistemele de tipul SHM. În finalul capitolului, în cea de a treia parte, se realizează

o evaluare statistică privitoare la viabilitatea și starea de degradare a podurilor aflate în

exploatare pe drumurile naționale.

Capitolul 3 – Tipuri de degradări întâlnite la podurile aflate în exploatare, realizează o

prezentare a celor mai importante degradări. De asemenea, au fost identificate și studiate în

detaliu degradările care au un puternic impact asupra structurii de rezistență a podurilor.

Capitolul 4 – Metodologia modernă de monitorizare a stării structurale a podurilor,

prezintă şi detaliază procesele componente ale sistemelor moderne de monitorizare a podurilor

de tipul SHM. Totodată, în a doua parte a capitolului, sunt descrise modurile de aplicare a


3

sistemelor SHM în cazurile structurilor noi, a celor aflate în construcție şi a celor aflate în

exploatare.

Capitolul 5 – Componentele unui sistem de monitorizare a stării tehnice a podurilor de

tipul Structural Health Monitoring, realizează o scurtă prezentare a tuturor elementelor

componente ale unui sistem de tipul SHM.

Capitolul 6 – Metode de inspecție și monitorizare a podurilor implementate la nivel

mondial, prezintă diferite metodologii de urmărire a comportării în timp a podurilor și de

estimare a stării de degradare a acestora. De asemenea, în cadrul capitolului sunt oferite o serie

de informații privitoare la administratorii rețelelor de drumurilor din diferite țări.

Capitolul 7 – Administrarea optimizată a podurilor în concept dinamic, realizează o

analiză comparativă între metodologia actuală de evaluare a podurilor (Metoda Evaluării Vizuale

a Stării Tehnice - MEVST) și metodologia propusă de evaluare a structurilor (Metoda Evaluării

în Concept Dinamic - MECD).

Capitolul 8 – Studiu de caz privind aplicarea Metodologiei de Evaluare în Concept

Dinamic în cazul unei structuri noi, prezintă modul de aplicare a MECD pentru o structură nouă

(Pasajul Octav Băncilă, Iași). În acest sens, în prima parte a capitolului se descriu caracteristicile

structurale ale pasajului analizat, echipamentele utilizate în procesul de monitorizare și modul de

realizare a testelor în regim static și dinamic. În cea de a doua parte a capitolului se prezintă

modul de captare, înregistrare și prelucrare a datelor pentru evaluarea viabilității pasajului.

Capitolul 9 – Studiu de caz privind aplicarea Metodologiei de Evaluare în Concept

Dinamic la o structură aflată în exploatare, constă în descrierea programului experimental

dezvoltat în scopul aplicării MECD pentru o structură aflată în exploatare (Podul Șcheia, Iași). În

acest sens, în prima parte, se prezintă analiza numerică a Podului Șcheia, pe baza căreia s-a

urmărit validarea metodologiei experimentale. În cea de a doua parte a capitolului se prezintă în

detaliu modurile de instrumentare și testare a structurii și se prelucrează datele obținute pe cale

experimentală. În finalul capitolului se realizează o analiză comparativă a rezultatelor obținute pe

cale numerică și experimentală.

Capitolul 10 – Concluzii generale, contribuții personale și valorificarea rezultatelor,

încheie teza de doctorat prin sintetizarea concluziilor generale și prezentarea contribuțiilor

personale ale autorului și modul în care acestea au fost valorificate. De asemenea, în finalul

capitolului sunt formulate posibile direcții viitoare de dezvoltare a cercetării.

VIABILITATEA PODURILOR DIN ROMÂNIA

4

Capitolul 2


2.1. Generalități

Posibilitățile de transport ale oamenilor, bunurilor și ușurarea asigurării serviciilor sunt

esențiale pentru progresul economic și buna desfășurare a oricărei societăți. Conform unor studii

efectuate la nivelul Uniunii Europene (UE), anual, guvernele țărilor membre cheltuie până la

1.000 miliarde de euro sau mai mult de 10% din Produsul Intern Brut (PIB) pentru asigurarea

eficienței industriei transporturilor. În cadrul acestei industrii sunt angrenați aproximativ 10

milioane de oameni, neținând cont de faptul că întreaga populație, atât a UE cât și a întregului

glob utilizează într-un fel sau altul rețelele publice de transport avute la dispoziție. Cea mai

importantă parte a industriei menționate este ocupată de rețeaua de drumuri.

Datorită nevoii, în continuă creștere, de deplasare, infrastructura rutieră cunoaște, pe de o

parte, o dezvoltare rapidă, dar, pe de altă parte, o îmbătrânire și o deteriorare accentuată a celei

aflate deja în exploatare (Karbhari et al., 2009). Degradarea structurilor, atât rutiere cât și de

poduri, apare ca urmare a unei game largi de motive, inclusiv a încărcărilor repetitive datorate

traficului.

În anul 2016, Federația Internațională a Drumurilor de la Geneva trăgea un semnal de

alarmă afirmând că este pentru prima dată în istoria asociației când infrastructura din întreaga

lume se apropie periculos de mult de sfârșitul perioadei în care valorile indicilor privitoare la

siguranța structurilor se află situate în limitele normale (Scutaru, 2019, Kapila, 2016). Această

afirmație reprezintă un argument important pentru susținerea înlocuirii, reabilitării și a asigurării

unei atenții sporite execuției corecte a lucrărilor de întreținere curentă sau periodică pentru a

menține desfășurarea traficului în condiții normale de exploatare. Alți cercetători (Băncilă et al.,

CONTRIBUȚII LA DEZVOLTAREA METODOLOGIEI DE MONITORIZARE A PODURILOR

5

1998) afirmau încă de pe atunci că refacerea infrastructurii și menținerea ei în condiții foarte

bune de exploatare ar conduce chiar la o relansare a economiei, avantaj urmărit de către întreaga

societate.

Lovindu-se constant de problemele create de bugetele insuficiente și de costurile ridicare

de reabilitare (Corté, 2014), administratorii, cărora li s-au alăturat și cercetătorii în domeniu,

încearcă dezvoltarea unor metode noi de reducere a costurilor de construcție și întreținere pentru

a îmbunătăți sustenabilitatea și durabilitatea structurii. În zilele noastre, în toate țările dezvoltate,

cea mai mare parte a infrastructurii este deja construită, provocarea principală fiind reprezentată

de menținerea acestei rețele în condiții optime de exploatare. De cele mai multe ori se

demonstrează că această provocare este mai costisitoare decât înlocuirea totală a structurii

(Scutaru et al., 2018a).

Pentru a urmări evoluţia rezistenţelor construcțiilor, a siguranţei oferită de aceasta şi de a

menţine un nivel acceptabil al calităţii traficului, de-a lungul timpului, la nivel mondial au fost

implementate diferite abordări şi sisteme utilizate în scopul evaluării şi monitorizării stării

tehnice a podurilor. Cea mai utilizată abordare este identificarea vizuală, reprezentată de

descoperirea defectelor şi degradărilor în urma unei vizite în amplasament. Dezavantajul acestei

metode este că identificarea poate fi făcută numai după ce respectivele degradări ajung la

suprafaţa elementelor de construcţie (Scutaru et al., 2018b, AND 504, 2007).

În scopul ușurării evaluării stării tehnice a structurilor, cercetătorii au dezvoltat tehnologii

moderne responsabile cu monitorizarea continuă a lor și cu identificarea timpurie a diferitelor

tipuri de degradări, încercând surprinderea acestora într-o fază incipientă de dezvoltare. Având la

bază informațiile provenite de la respectivele tehnologii inovative, administratorii structurilor pot

argumenta deciziile privitoare la momentul oportun de realizare a lucrărilor de intervenție asupra

podurilor și a gradului de extindere a acestor lucrări.

2.2. Concepte moderne de inspecţie a podurilor

Analizând inconvenientele inspecţiilor vizuale utilizate la determinarea stării tehnice a

podurilor, în întreaga lume s-au dezvoltat ample programe de cercetare dedicate conceptelor

moderne de optimizare a lucrărilor de întreţinere şi intervenţii. Aceste cercetări se datorează

conştientizării gradului ridicat de importanţă a structurilor de poduri pentru întreaga reţea rutieră.

Pe lângă necesitatea permanentă de cunoaştere a stării tehnice, este necesară şi alocarea optimă a

fondurilor bugetare limitate avute la dispoziţie pentru întreţinerea structurilor, utilizându-se

modele de predicţie a evoluţiei defectelor şi degradărilor în condiţiile date. Unul dintre

obiectivele noilor abordări este reprezentat de realizarea celor mai bune estimări privitoare la

cantităţile de lucrări necesare întreţinerii şi reparaţiei structurilor, alături de costurile implicate de

realizarea acestora. Modelele structurale astfel dezvoltate sunt up-datate constant pe baza datelor

provenite de la testele nedistructive efectuate structurii (Orcesi şi Frangopol, 2011).


6

În literatura de specialitate existentă la nivel mondial în acest moment, procesele şi

tehnologiile care alcătuiesc metodologiile de evaluare şi monitorizare a structurilor de poduri

sunt reunite sub denumirea generică de Structural Health Monitoring (SHM) – Monitorizarea

stării structurale a podurilor (în limba română).

Dezvoltarea și implementarea sistemelor de tipul SHM stârnește interesul cercetătorilor

din domeniul construcțiilor datorită capacității acestor sisteme de evaluare rapidă a stării tehnice

și de atenționare a administratorilor privitor la apariția, dezvoltarea și depășirea unui prag maxim

impus degradărilor care ar putea afecta siguranța utilizatorilor. Astfel, s-a considerat necesară

implementarea acestui nou sistem de inspecție, evaluare și întreținere capabil de asigurarea

siguranței participanţilor la trafic în orice moment din viața structurii, dar și a datelor necesare

administratorilor în procesul de programare și alocare a fondurilor bugetare necesare execuției

lucrărilor de întreținere. În același timp, structurile sunt păstrate în condiții normale de

exploatare, evitându-se realizarea lucrărilor costisitoare de reparații, în stadii dezvoltate ale

degradării, intervenind cât mai devreme posibil.

Obiectivele principale ale implementării sistemelor SHM sunt determinate de nevoia

continuă a administratorilor de a menține întreaga rețea rutieră la un nivel de siguranță suficient

de înalt pentru o exploatare eficientă. Datorită limitărilor bugetare, lucrările necesare a se

executa trebuie să aibă costuri relativ reduse. Lovindu-se de această problemă, administratorii au

decis dezvoltarea unei ramuri a procesului de administrare a podurilor ce are la bază un program

specializat denumit Bridge Management System (BMS) utilizat în scopul argumentării deciziilor

luate pentru întreținerea tuturor podurilor de pe o rețea. Astfel, sistemele BMS au la bază

numeroase măsurători tehnice care au avut loc la intervale regulate de timp, efectuate pe un

număr mare de structuri, până la acoperirea întregii rețele. În urma culegerii și interpretării

datelor de către specialiști în domeniu, special pregătiți în acest sens, sunt alese mult mai eficient

politicile și strategiile de intervenție ce urmează a se implementa, perioada optimă de execuție,

prioritizarea lucrărilor și nivelul de siguranță ce trebuie atins o dată cu finalizarea acestor lucrări

(Comisu, 2008, AND 554, 2002).

Implementarea sistemului BMS, la fel ca în cazul sistemelor SHM, are ca rezultat

realizarea de planuri de intervenție în timp util, determinându-se, de asemenea, momentul

oportun pentru execuția lucrărilor de întreținere sau reabilitare pentru aducerea structurii la

condițiile normale de exploatare, cu încadrarea în fondurile disponibile. Principalul obiectiv ale

creării, dezvoltării și adoptării sistemelor BMS este îmbunătățirea condiţiilor tehnice a tuturor

podurilor de pe rețeaua vizată, acționând în primul rând pentru întreținerea acestora înainte ca

valoarea calculată a indicelui de stare tehnică IST să atingă valori nesatisfăcătoare. Un alt scop al

utilizării acestor sisteme de management este maximizarea beneficiilor ce vor apărea ca urmare a

alocării eficiente a fondurilor bugetare.

În cele ce urmează va fi prezentată metoda de determinare a stării tehnice a podurilor din

România, realizându-se în acelaşi timp şi o clasificare a structurilor amplasate pe drumurile

naţionale, aflate atât în administrarea Companiei Naționale de Administrare a Infrastructurii


7

Rutiere, cât şi din administrarea Direcţiei Regionale de Drumuri şi Poduri Iaşi. Aceste clasificări

vor sta la baza argumentării necesităţii studiului efectuat în cadrul tezei de doctorat şi mai ales a

implementării sistemelor moderne de evaluare a structurilor.

2.3. Starea tehnică a podurilor amplasate pe drumurile naționale din

România

2.3.1. Modul de determinare a stării tehnice a podurilor din ţara noastră

Comisu (2003) și AND 522 (2002) defineau procesul de estimare a stării tehnice a unui

pod ca fiind procesul de verificare realizat cu scopul stabilirii lucrărilor de întreţinere, reparaţii

sau reabilitări necesare aducerii structurii la condiţiile optime ale exploatării normale

corespunzătoare cerinţelor traficului, atât actuale cât şi de perspectivă.

Pentru verificarea stării tehnice a podurilor, în momentul actual, în România, prin

normele tehnice de specialitate, este reglementată realizarea de inspecţii vizuale de către

personalul calificat din cadrul administratorului sau de către experţi în domeniu. Aceste inspecții

pot fi completate cu verificări nedistructive realizate de unități special pregătite în acest sens. Pe

baza observaţiilor vizuale şi a metodologiei prezentată în normativul AND 522 (2002) aflat în

plin proces de revizuire, urmând a fi înlocuit cu AND 522 (2017), se calculează un indice de

stare tehnică (IST) utilizat în clasificarea şi prioritizarea podurilor din administrare şi a pregătirii

proiectelor de întreţinere şi intervenţii asupra structurii.

În acest moment, indicele de stare tehnică IST se calculează prin sumarea indicilor de

calitate Ci şi Fi cu următoarea formulă (AND 522, 2002):

𝐼𝑆𝑇 = ∑ 𝐶𝑖

5

𝑖=1

+ ∑ 𝐹𝑖

5

𝑖=1

(2.1.)

Unde:

- 𝐶𝑖 = indice fizic de calitate a stării tehnice ce rezultă în urma observaţiilor vizuale, a

măsurătorilor (dacă este cazul) şi a verificării principalelor elemente de rezistenţă ale

structurii

- 𝐹𝑖 = indice funcţional de calitate a stării tehnice ce rezultă în urma observaţiilor

vizuale, a măsurătorilor (dacă este cazul) şi a verificării principalelor caracteristici

funcţionale ale structurii

O dată cu revizuirea standardului AND 522 (2002), noul normativ AND 522 (2017)

propune noi formule de calcul pentru indicele de stare tehnică 𝐼𝑆𝑇. Deși formulele pentru 𝐶𝑖 (2.2)

și 𝐹𝑖 (2.3) se păstrează, termenii având aceleași definiții, formula de calcul pentru valoarea totală

a indicelor C și F se modifică, fiind inserat un nou termen. Noile fomule sunt (Romanescu et al.,

2018):


8

𝐶 = ∑(𝑃𝑖𝐶𝑖 ∗ 𝐶𝑖)

5

𝑖=1

(2.2.)

𝐹 = ∑(𝑃𝑖𝐹𝑖 ∗ 𝐹𝑖)

5

𝑖=1

(2.3.)

Unde:

- 𝑃𝑖𝐶𝑖 = ponderea cu care fiecare indice tehnic de calitate intervine la stabilirea stării

tehnice generale a unui pod

- 𝑃𝑖𝐹𝑖 = ponderea cu care fiecare indice de calitate funcțional intervine la stabilirea stării

tehnice generale a unui pod

Ținând cont de cele de mai sus, starea tehnică generală a unui pod se exprimă prin

valoarea indicelui de stare tehnică 𝐼𝑆𝑇. Noua formulă pentru acest indice este (Romanescu et al.,

2018):

𝐼𝑆𝑇 = ∑(𝑃𝑖𝐶𝑖 ∗ 𝐶𝑖)

5

𝑖=1

+ ∑(𝑃𝑖𝐹𝑖 ∗ 𝐹𝑖)

5

𝑖=1

(2.4.)

Indicii definiți mai sus se exprimă în funcție de numărul de puncte de depunctare oferit de

către persoana care realizează inspecția, fiind o procedură extrem de subiectivă.


România

Pe rețeaua drumurilor naționale de la nivelul întregii țări, la ora actuală se află în

exploatare 4.381 poduri, prezentând atât vârste, materiale de construcție, scheme statice, cât și

stări de degradare extrem de diferite. Aceste structuri se află în administrarea Companiei

Naționale de Administrare a Infrastructurii Rutiere (CNAIR), în funcție de zona de amplasare,

fiecare pod fiind repartizat câte uneia din cele 7 subunități teritoriale ale companiei, aceste

subunități purtând numele de Direcții Regionale de Drumuri și Poduri (DRDP).

Prin bunăvoința personalului CNAIR Central responsabil cu administrarea podurilor s-au

analizat datele puse la dispoziție prin intermediul Raportului la zi ”Viabilitatea podurilor”

disponibilă la data de 31.12.2018 și s-a efectuat un studiu numeric privitor la starea tehnică a

structurilor și la condițiile de circulație disponibile la acel moment pe rețeaua de drumuri

naționale din România. (Buzuloiu et al., 1998).


9

a. Clasificarea podurilor în funcţie de indicele de stare tehnică IST

Figura 2.1. Situația podurilor din România în funcție de indicele de stare tehnică

b. Clasificarea podurilor în funcţie de indicele de clasa tehnică

Figura 2.2. Situația podurilor din România în funcție de clasa tehnică

c. Clasificarea podurilor în funcţie de durata de exploatare

Figura 2.3. Situația podurilor din România în funcție de durata de exploatare a acestora

81 - 10025%

61 - 8021%

41 - 6040%

21 - 4014%

< 200%

I33%

II17%

III34%

IV15%

V1%

>1002%

50 – 10042%

40 – 5022%

30 – 4010%

20 – 302%

10 – 207% 0 -10

15%


10

d. Clasificarea podurilor în funcţie de clasa de încărcare

Figura 2.4.. Situația podurilor din România în funcție de clasa de încărcare

2.3.3. Starea tehnică a podurilor de pe drumurile naţionale din

administrarea Direcţiei Regionale de Drumuri şi Poduri Iaşi

Din totalul de poduri prezentat, 890 de pe teritoriul județelor Moldovei se află în

administrarea CNAIR, reprezentată la nivel regional de DRDP Iași. S-a ales ca analiză și aplicare

cazul acestei instituții datorită faptului că este cea mai mare Direcție Regională din țară și a

relațiilor bune dintre aceasta și Universitatea Tehnică ”Gheorghe Asachi” din Iași, prin

Facultatea de Construcții și Instalații. Astfel, din patrimoniul ei face parte și podul Șcheia,

structură ce face obiectul unui studiu de caz ce va fi prezentat.

a. Clasificarea podurilor în funcţie de indicele de stare tehnică şi clasa tehnică

Figura 2.6. Situația podurilor din DRDP Iași în funcție de indicele de stare tehnică

E70%

Eurocod6%

I23%

II1%

81 - 10020%

61 - 8019%

41 - 6046%

21 - 4015%


11

Figura 2.7. Situația podurilor din DRDP Iași în funcție de clasa tehnică

b. Clasificarea podurilor în funcţie de vârsta structurii

Figura 2.8. Situația podurilor din DRDP Iași în funcție de vârsta acestora

c. Clasificarea podurilor în funcţie de clasa de încărcare

Figura 2.9. Situația podurilor din DRDP Iași în funcție de clasa de încărcare

I21%

II19%

III48%

IV12%

>1001%

50 – 10058%

40 – 5022%

30 – 4010%

20 – 302%

10 – 204%

0 -103%

E61%

I39%

II0%


12

2.4. Concluzii

Prezentul capitol și-a propus prezentarea succintă a principalelor idei privitoare la

importanța podurilor pentru întreaga rețea rutieră și pentru societate, alături de câteva date despre

necesitatea execuției lucrărilor de întreținere și reparații încă din primele faze ale dezvoltării

degradărilor. În același timp, au fost trecute în revistă câteva informații introductive privitoare la

noile concepte de verificare a stării tehnice a podurilor, utilizate la nivel mondial, și despre

metodologia de evaluare a podurilor aflată în uz în țara noastră. Ultima parte a capitolului a

prezentat pe scurt, situația podurilor amplasate pe drumurile naționale din România,

concentrându-se asupra cazurilor celor din Regiunea Moldovei.


13

Capitolul 3 TIPURI DE DEGRADĂRI ÎNTÂLNITE LA PODURILE AFLATE

ÎN EXPLOATARE

3.1. Introducere

În timpul exploatării, podurile sunt supuse la o gamă variată de încărcări, având cauze

diferite precum condiţiile severe de mediu sau de utilizare. Structurile trebuie să facă faţă acestor

solicitări, neperturbând în niciun fel buna desfăşurare a traficului. Totuşi, pentru o utilizare cât

mai îndelungată este necesar ca prin construcţia podului să nu se obtureze continuitatea

obstacolului traversat, indiferent de natura sa (râu, torent, vale, cale de comunicaţie, ş.a.).

Pentru asigurarea condițiilor normale de exploatare, după deschiderea traficului pe

structură, cele mai importante etape sunt cele reprezentate de realizarea lucrărilor de întreţinere şi

reabilitare. Acestea presupun cunoaşterea detaliată a defectelor şi degradărilor podurilor, a

modului eficient de intervenţie, a stării tehnice în orice moment din viaţa structurii şi a

reparaţiilor şi consolidărilor ce se impun. (Iliescu şi Viorel, 2012).

În funcţie de cauza principală a apariţiei lor, defectele şi degradările constatate de-a

lungul vieţii pe o structură pot fi grupate în următoarele categorii principale:

- Defecte şi degradări cauzate de proiectarea elementelor sau a întregii structuri

- Defecte şi degradări datorate erorilor de execuţie

- Defecte şi degradări apărute din cauza materialelor din care este executat podul

- Defecte şi degradări datorate acţiunii terenului din amplasamentul structurii şi/sau a

obstacolului traversat

- Defecte şi degradări cauzate de periodicitatea şi corectitudinea lucrărilor de întreţinere

TIPURI DE DEGRADĂRI ÎNTÂLNITE LA PODURILE AFLATE ÎN EXPLOATARE

14

Capitolul de față al tezei de doctorat va prezenta cele mai importante degradări întâlnite

în practica de specialitate în cazul structurilor de poduri aflate în exploatare, degradări ce au

posibil impact dinamic asupra elementelor de rezistență sau care pot influența negativ

capacitatea de preluare a încărcărilor a întregii structuri. Degradările enumerate vor fi clasificate

în funcţie de elementele de construcţie afectate, materialul principal de execuţie şi gradul de

extindere.

3.2. Definirea stării de degradare

Utilizarea principală a sistemelor de monitorizare a podurilor de tipul Structural Health

Monitoring (SHM) este identificarea degradărilor, mai exact a apariției și a locației oricăror

modificări a condițiilor și a proprietăților sistemului monitorizat (Worden et al., 2009). Această

etapă reprezintă nivelul de bază a sistemelor de identificare a degradărilor, fiind prima dezvoltată

în decursul anilor.

Pentru a putea înţelege cât mai bine conceptul de stare de degradare trebuie definite

conceptele de defect şi de degradare. Astfel, defectul reprezintă orice neconcordanţă apărută între

tema de proiectare, proiect şi lucrarea executată, constatată în momentul dării în circulaţie sau în

primii ani din viaţa structurii. Degradarea reprezintă orice modificare apărută în structura aflată

în exploatare, cauzată, în principal, de factorii externi (Comisu, 2003).

Una dintre cele mai importante definiții a degradărilor a fost formulată de către

cercetătorii Farrar și Worden (2007), afirmând faptul că degradarea este considerată a fi o

schimbare apărută în cadrul sistemului sau a structurii analizate, și care îi va afecta

performanțele atât prezente cât și viitoare. Deci, conceptul de degradare nu este semnificativ

fără existența unei comparații între două stadii diferite ale sistemului. În primul stadiu structura

nu prezintă, teoretic, niciun defect sau degradare, fiind astfel caracterizată starea structurii din

momentul dării ei în exploatare. Al doilea stadiu este definit prin stadiul actual al structurii, în

care podul prezintă degradări care pot conduce la afectarea gradului de siguranță în exploatare.

O altă definiție afirmă faptul că identificarea defectelor și a degradărilor din cadrul unei

structuri monitorizate reprezintă descoperirea oricăror modificări apărute în cadrul modului său

de vibrație. Această abordare și-a demonstrat eficiența, fiind exploatată de către orice sistem de

tipul SHM, reprezentând un instrument important în realizarea de estimări cantitative cât mai

exacte privind nivelul de siguranță rezidual (Dilena et al., 2015). De aceea, în cadrul analizei

dinamice efectuate are loc și investigarea unor parametri esențiali pentru structură precum:

frecvențele, formele modale sau factorii de amortizare. Pentru fiecare tip de parametru este

evidențiată grafic variația sa, studiindu-se modelele grafice și valorile lor maxime (Farahani și

Penumadu, 2016, Bedon și Morassi, 2014, Marques et al., 2014).


15

3.3. Identificarea dinamică a degradărilor

Identificarea dinamică a degradărilor utilizează trei tipuri diferite de date, şi anume: date

privind timpul, date privind frecvenţa şi date privind parametrii modali. În cadrul analizei

modale, seriile de informaţii provenite de la structură sunt procesate, rezultând date privitoare la

funcţia frecvenţei de răspuns (prescurtată FRF – Frequency Response Function). Această funcţie

FRF este în continuare procesată până la obţinerea frecvenţelor naturale, a coeficienţilor de

amortizare şi a modurilor de deformare. Informațiile sunt mai apoi utilizate în cadrul procesului

de identificare a degradărilor (Chisari et al., 2015).

În funcţie de modul de realizare a excitaţiei structurilor de poduri, metodele de

identificare dinamică a caracteristicilor de răspuns pot fi clasificate în 2 mari categorii, şi anume

(Comisu, 2003, Zaveri și Phil, 1984):

- Metode de identificare folosind o excitație unică

- Metode de identificare folosind excitaţii concomitente, realizate în mai multe puncte

3.4. Degradări ale structurilor de poduri deschise traficului rutier

3.4.1. Degradări ale căii pe pod

3.4.1.1. Degradări ale părții carosabile

3.4.1.2. Degradări ale elementelor de scurgere a apelor de pe pod

3.4.2. Degradări ale rosturilor de dilatație

3.4.3. Degradări ale suprastructurii podurilor

3.4.3.1.Degradări ale suprastructurilor din beton armat, beton

precomprimat și beton simplu

3.4.3.2.Degradări ale suprastructurilor metalice

3.4.4. Degradări ale infrastructurii podurilor

3.4.4.1.Degradări ale infrastructurilor din zidărie de piatră sau din

cărămidă

3.4.4.2.Degradări ale infrastructurilor din beton simplu, beton armat sau

beton precomprimat

METODOLOGIA MODERNĂ DE MONITORIZARE A STĂRII STRUCTURALE A PODURILOR

16

Capitolul 4

METODOLOGIA MODERNĂ DE MONITORIZARE A STĂRII

STRUCTURALE A PODURILOR

4.1. Definirea conceptului de monitorizare a structurilor de poduri

În literatura de specialitate, definiția generală, de la care au pornit cercetările în acest

domeniu, caracterizează metodologia de evaluare a stării structurale (Structural Health

Monitoring, SHM) prin procesul de implementare a unei strategii de identificare a defectelor.

Karbhari (2009) a susținut existența mai multor variante de definire a noțiunii de

monitorizare a podurilor prin intermediul SHM. Astfel, la început SHM a fost definit ca un

proces convențional de inspecție, reprezentat de inspecțiile vizuale, acestea fiind singurele

modalități de evaluare a podurilor din respectiva perioadă. Apoi, odată cu evoluția tehnologică

și a cercetărilor în domeniu, definiția a evoluat și ea, ajungând ca inspecțiile din cadrul

procesului de monitorizare să se bazeze pe procesarea diferitelor seturi de date în care pot fi

incluse și date acustice, și determinarea posibilelor schimbări ale caracteristicilor structurale

datorate apariției și a evoluției degradărilor (Klikowicz et al., 2016, Housnet et al., 1997).

Alți cercetători (Li și Hao, 2016, Harris et al., 2015, Orcesi și Frangopol, 2011, Karbhari

et al., 2009, Farrar și Worden, 2007, Karbhari, 2005, Housner et al., 1997) au oferit cea mai

cunoscută definiție, afirmând faptul că tehnologiile SHM de monitorizare a structurilor de

poduri sunt metodele utilizate in-situ, nedistructive, care asigură analizarea caracteristicilor

structurale, inclusiv a răspunsului structurii, și care oferă datele necesare unei bune identificări

a eventualelor modificări apărute în cadrul parametrilor structurali. Aceste modificări indică, în

mod curent, apariția și dezvoltarea defectelor și degradărilor.

Beneficiind de evoluția tehnologică din domeniul IT, cercetările au evoluat, fiind

dezvoltată o nouă abordare, bazată pe monitorizarea continuă a stării de degradare, utilizând în

acest scop, tehnologii de evaluare nedistructive (prescurtate NDE – Non-Destructive Evaluation,

în literatura de specialitate). Avantajul principal al acestei noi abordări este aceea că nu necesită


17

prezența continuă a unei persoane special pregătită pentru realizarea inspecțiilor în

amplasamentul structurii (Chingălată et al., 2017).

Worden et al. (2015), alături de Zhang (2007) prezintă abordarea reprezentată de

stabilirea unui model numeric al structurii a cărei stare de degradare se dorește a fi determinată,

fiind simulate condițiile normale de exploatare. În momentul în care tehnologia SHM

acumulează diferite seturi de date din amplasamentul podului și le transmite către baza de date,

acestea sunt procesate și verificate pentru a fi conforme cu modelul stabilit anterior. În cazul

identificării oricăror discrepanțe, acestea sunt utilizate pentru identificarea apariției modificărilor

structurale și a modului în care aceste modificări afectează structura. O altă abordare, cea a

utilizării sistemelor SHM bazate exclusiv pe datele înregistrate de la structură, folosește diferite

tehnologii inovatoare ce sunt responsabile cu recunoașterea structurii, compararea automată a

seturilor de date noi cu cele deja aflate în baza de date și determinarea apariției sau a extinderii

degradărilor.

4.2. Scopul, obiectivele și avantajele implementării sistemelor de

monitorizare a podurilor

Cercetătorul Hann (2012) afirmă faptul că sistemele SHM răspund la dorința

administratorilor și a inginerilor responsabili cu execuția structurilor de a cunoaște modul de

comportare la acțiuni exterioare și a evoluției performanțelor lor. Aceste informații sunt necesare

în contextul evaluării aptitudinilor construcției de preluare a încărcărilor din trafic și pentru

determinarea lucrărilor de intervenții ce se impun pentru menținerea în exploatare sau

reabilitarea ei.

Obiectivul principal al montării și utilizării tehnologiei SHM pentru structurile de poduri

este reprezentat de nevoia administratorilor de a avea acces la cât mai multe informații privitoare

la starea tehnică și la condiția structurilor din administrare (Inaudi și SMARTEC SA, 2009,

Scutaru et al., 2017b). Pe baza informațiilor captate în acest mod, inginerii responsabili cu

administrarea structurilor pot determina volumul necesar de lucrări ce urmează a fi realizate,

evaluând și costul respectivelor lucrări. În exploatare, un administrator are în patrimoniu un

număr mare de poduri. Dacă mai multe structuri beneficiază de posibilitatea monitorizării celor

mai importanți parametri pentru determinarea stării tehnice, se pot realiza cu ușurință

prioritizarea execuției lucrărilor necesare pentru o perioadă determinată de timp, luând în

considerare și bugetul avut la dispoziție (Ayyildiz et al., 2019, Scutaru, 2017a). Un alt obiectiv

este determinarea apariției și a localizării cât mai precise a defectelor și degradărilor care

afectează o anumită structură (Jayawardhana, 2017). Al treilea obiectiv este prezentat de către

Döhler et al. (2014) ca fiind nevoia de dezvoltare sau de îmbunătățire a metodologiilor de

identificare obiectivă a defectelor și degradărilor și de diminuare a riscului implicat de prezența

deficiențelor sistemelor dinamice pe baza monitorizării automate.

METODOLOGIA MODERNĂ DE MONITORIZARE A STĂRII STRUCTURALE A PODURILOR

18

Principalele avantaje ale utilizării sistemelor SHM includ identificarea globală și locală a

parametrilor structurali, obținerea datelor necesare identificării structurale, execuția eficientă a

lucrărilor de întreținere, asigurarea unei exploatări optime a construcției și oferirea rapidă de

date. Datele înregistrate, alături de constatările realizate pe baza acestora pot fi, de asemenea,

utilizate în scopul îmbunătățirii condițiilor de proiectare și a diagnozei structurii pre- și post-

hazard, în ultimul caz evaluarea fiind mult mai rapidă decât în cazul actual (Ayyildiz et al., 2019,

Catbas et al., 2008).

4.3. Monitorizarea integrată a stării de degradare

Sistemele SHM special create pentru poduri au fost organizate, conform literaturii de

specialitate, în 4 etape diferite (Zhang, 2007, Farrar și Worden, 2007, Worden et al., 2015,

Scutaru et al., 2017a), în cadrul tezei de doctorat acestea fiind detaliate.

1. Evaluarea operațională

2. Achiziția datelor, normalizarea și eliminarea perturbațiilor posibile

3. Extragerea caracteristicilor și condensarea informațiilor

4. Dezvoltarea modelului statistic necesar pentru o caracterizare diferențiată a

datelor

4.4. Principii de aplicare a sistemelor de tipul Structural Health

Monitoring

Atunci când se decide utilizarea anumitor sisteme de tipul SHM pentru monitorizarea

podurilor, inginerii responsabili cu realizarea proiectării acestora trebuie să ţină cont de o serie

de factori precum: geometria deformaţiilor, proprietăţile materialelor din care este construită

structura, proprietăţile mecanice ale ei, forţele interne şi tensiunile localizate în diferite zone

critice. Prezentul subcapitol realizează o scurtă istorie a dezvoltării și implementării sistemelor

SHM.


structurilor noi sau a celor aflate în construcție

Catbas (2009) afirmă că obiectivul principal al aplicării sistemelor SHM pe structuri

aflate în construcție este reprezentat de nevoia de acumulare a datelor privitoare la forțele

intrinseci cu valori semnificative ale sistemului și de determinare a apariției posibilelor

distorsiuni datorate tensiunilor din această fază. Acest tip de monitorizare își demonstrează

eficacitatea pentru prevenirea oricăror degradări structurale care să afecteze geometria, cauzate

de greșeli de execuție și/sau pentru monitorizarea mediului înconjurător cu scopul prevenirii

oricăror degradări cauzate de acesta. Sistemele SHM sunt un instrument folositor pentru

managementul riscurilor care pot apărea în faza de construcție, în momentul în care sistemul

structural este incomplet, fiind vulnerabil la producerea de accidente sau calamități.


19

Proiectarea sistemului de monitorizare și de achiziție a datelor utilizat în faza de

construcție sau care va fi instalat pe structura nouă se realizează înaintea sau în timpul proiectării

podului ce face obiectul monitorizării. Este de preferat ca proiectul sistemului SHM să fie

integrat direct în proiectul tehnic.


structurilor aflate în exploatare

În timp, structurile sunt supuse proceselor de îmbătrânire, acestea evoluând progresiv.

Datorită acestui lucru, sistemul SHM poate fi implementat pentru identificarea apariției

proceselor de degradare, pentru realizarea prognozei evoluției lor și pentru o mai bună înțelegere

a cauzelor care au condus la apariția acestora. Datele provenite de la implementarea sistemelor

argumentează luarea deciziilor privind lucrările care îmbunătățesc siguranța structurală, pentru

realizarea programelor de execuție a lucrărilor de întreținere, reparații și reabilitare sau, în cazuri

extreme, a demolării structurii. Pentru astfel de poduri, sistemele SHM sunt montate în scopul

găsirii unor soluții pentru problemele legate de performanță, schimbările geometriei, apariția

deplasărilor, vibrațiilor, degradărilor care depășesc limitele admise sau a semnelor vizibile de

îmbătrânire a materialelor (Catbas, 2009).

4.4.3. Aplicații ale sistemelor Structural Health Monitoring

În scopul exemplificării implementării sistemelor SHM, în cadrul prezentului capitol

aferent tezei de doctorat, au fost alese 5 structuri din întreaga lume, inclusiv din ţara noastră.

Aceste structuri sunt: podul I-35 W – St. Anthony (Statele Unite ale Americii – Figura 4.1),

podului Great Belt Link, numit şi podul Storebælt (Danemarca, Figura 4.2), podul Ali Çetinkaya

(Turcia - Figura 4.3.), podul din Portul Bratislava (Slovacia - Figura 4.4.) și podul Agigea

(România - Figura 4.5.).

Figura 4.1. Podul I-35W St. Anthony - Statele

Unite ale Americii

Figura 4.2. Podul Great Belt Link (Storebælt

Bridge) - Danemarca

Figura 4.3. Podul Ali Çetinkaya - Turcia Figura 4.4. Podul din portul Bratislava - Slovacia

Figura 4.5. Podul Agigea - România

COMPONENTELE UNUI SISTEM DE MONITORIZARE A STĂRII TEHNICE A PODURILOR DE TIPUL STRUCTURAL HEALTH MONITORING

20

Capitolul 5

COMPONENTELE UNUI SISTEM DE MONITORIZARE A

STĂRII TEHNICE A PODURILOR DE TIPUL

STRUCTURAL HEALTH MONITORING

5.1. Introducere

Degradările suferite de podurile aflate în lucru au o gamă largă de cauze. Printre acestea amintim cedările apărute în urma oboselii datorate încărcărilor repetitive din trafic şi a depăşirii greutăţilor maxime permise de către vehiculele angajate în traversarea podurilor, a efectelor

mediului înconjurător asupra structurii sau a evenimentelor cu caracter extrem precum cutremure, accidente, inundaţii, viituri, etc. Pentru urmărirea evoluţiei degradărilor, a apariţiei de degradări noi şi a menţinerii unui nivel acceptabil de calitate şi siguranţă a structurii, au fost implementate diferite sisteme şi tehnici de evaluare şi monitorizare a stării tehnice. Cu toate acestea, eficienţa programelor de inspecţie şi întreţinere implementate în acest moment este limitată, mai ales datorită metodelor utilizate (Scutaru, 2019, Seo et al., 2015). În scopul

eliminării dezavantajelor, tot mai multe ţări dezvoltate din întreaga lume au implementat sisteme automate de urmărire a comportării în timp a podurilor. Sistemele de monitorizare au fost iniţial implementate în cazul structurilor cu impact crescut asupra societăţii, această abordare fiind mai apoi extinsă pentru cât mai multe poduri (Brownjohn, 2007).

În funcţie de modul de dispunere al unităţilor de captare a datelor de la structură și de numărul lor sunt obţinute informaţiile necesare cu o acurateţe cât mai ridicată. Acestea sunt utilizate în cadrul evaluării fiabilităţii structurale, a actualizării modelului numeric al podului vizat şi al examinării modului de îndeplinire a condiţiilor de siguranţă necesare desfăşurării traficului. În funcţie de cerinţele de evaluare impuse, se pot alege, pentru implementare, diferite


21

tipuri de sisteme de achiziţia a datelor care au proprietăți conform prezentării din cadrul acestui capitol. Se impune necesitatea ca sistemele responsabile cu captarea datelor să se aleagă într-un

mod adecvat, pentru a reflecta cât mai fidel condiţiile fizice de exploatare a structurii (Sung et al., 2016).

5.2. Prezentarea generală a principalelor componente ale unui sistem

de monitorizare de tipul Structural Health Monitoring (SHM)

Sistemele SHM pot fi clasificate în funcţie de modul de colectare a informaţiilor, în sisteme cu colectare continuă şi sisteme cu colectare periodică. Unităţile de captare a datelor, reprezentate de senzori, sunt dispuse pe structură în punctele indicate în cadrul proiectului tehnic

de realizare a sistemului de urmărire a comportării în timp a podului. Imediat după captarea informaţiilor, acestea sunt transmise direct către un spaţiu comun de stocare, unde vor fi procesate şi comparate cu un set de date standard (de obicei de la prima înregistrare a

sistemului), identificându-se în acest fel apariţia sau extinderea degradărilor. Transmiterea informaţiilor se realizează prin intermediul unei reţele special dedicate acestei operaţiuni (Scutaru, 2019, Karbhari, 2009).

Principalele componente ale unui sistem de înaltă performanţă sunt senzorii (cum ar fi

senzorii locali de tensiuni), circuit de comunicare (care poate fi prin intermediul cablurilor sau a

tehnologiei wireless), unitate centrală de captare şi procesare a datelor şi unitate de stocare a lor. Opţional, sistemele SHM performante conţin şi un sistem de alarmare utilizat în momentul în care parametrii monitorizaţi depăşesc valorile stabilite iniţial, denumite şi valori prag (Bao et al.,

2019, Scutaru, 2019, Sun et al., 2017, Yu et al., 2013).

5.3. Instrumente de măsurare a parametrilor monitorizaţi, componente ale sistemului Structural Health Monitoring

În marea majoritate a lor, senzorii creați pentru monitorizarea podurilor sunt robuști, utilizează tehnologii mature și prezintă costuri acceptabile, atât de achiziție, cât și de întreținere. Aceste raționamente stau la baza alegerii tipului de senzori utilizat pentru sistemele de

monitorizare proiectate (Scutaru, 2019, Yoder și Adams, 2014). Ei pot fi dispuşi în mai multe

moduri, cum ar fi includerea în interiorul elementelor structurale sau poziţionarea pe suprafaţa acestora.

În cadrul acestui capitol sunt prezentate principalele tipuri de unități de captare a datelor:

5.3.1. Unități pentru captarea datelor provenite de la structura

monitorizată în funcție de tipul semnalelor de intrare înregistrate

5.3.1.1. Senzori de monitorizare a deformațiilor

5.3.1.2. Dispozitive de monitorizare a fisurilor

5.3.1.3. Senzori de detectare a coroziunii

COMPONENTELE UNUI SISTEM DE MONITORIZARE A STĂRII TEHNICE A PODURILOR DE TIPUL STRUCTURAL HEALTH MONITORING

22

5.3.1.4. Dispozitive de monitorizare a poziției 5.3.1.5. Senzori locali de tensiuni

5.3.1.6. Senzori de măsurare a vibraţiilor

5.3.1.7. Senzori de măsurare a accelerațiilor

5.3.1.8. Senzori de măsurare a temperaturii 5.3.1.9. Senzori de măsurare a încărcării datorate vântului 5.3.1.10. Senzori Concremote

5.3.2. Tehnologii de captare și transmitere a datelor

5.3.2.1. Senzori piezoelectrici

5.3.2.2. Senzori wireless

5.3.2.3. Nanosenzori

5.3.2.4. Senzori magneto-elastici

5.3.2.5. Senzori cu fibră optică

5.3.2.6. Senzori optici de detecție

5.3.2.7. Senzorii Micro–Electro–Mechanical Systems (MEMS)

5.3.2.8. GPS (Global Possition System)

5.3.2.9. Senzori PolyVinyilDene Flouride (PVDF)

5.3.2.10. Senzori Liniar Variable Differential Transformers (LVDT)

5.3.2.11. Scanarea podurilor pentru determinarea degradărilor

5.4. Sisteme de transmitere a datelor provenite de la structura

monitorizată

La început, datele erau transmise prin intermediul cablurilor dispuse între senzori și unitatea centrală de procesare și stocare a lor. Aceste cabluri asigurau atât transmiterea datelor, cât și alimentarea cu energie electrică a senzorilor (Vardanega et al., 2015). Datorită dezavantajelor implicate de utilizarea lor, în cadrul proiectării sistemelor SHM nu se putea lua în

discuție dispunerea unui număr mare de dispozitive de captare a datelor sau a poziționării unității de procesare și stocare la o distanță mai mare față de amplasamentul structurii.

În ultimii 20 ani a fost dezvoltată tehnologia wireless, senzorii integrând circuite care îi

fac capabili de a comunica prin intermediul undelor electromagnetice cu bazele de date.

Tehnologia wireless, pe lângă eliminarea completă a cablurilor, scăzând în acest fel costurile asociate, implicate de achiziționarea, montarea și întreținerea lor, conduce la crearea unor configurații mult mai flexibile a întregului sistem (Scutaru, 2019).


23

5.5. Sisteme de procesare și stocare a datelor

O dată cu trecerea timpului, a dezvoltării rețelei de Internet și a digitalizării în ritm alert a

proiectării și întreținerii podurilor, au fost implementate diferite tehnologii software avansate pentru a ușura procesarea informațiilor și accesul utilizatorilor la banca de date. Acest acces facil

aduce avantaje considerabile, în special atunci când sunt luate deciziile privitoare la

managementul structurii, ajutând foarte mult la argumentarea acestora. În același timp, sistemele software de ultimă generație asigură și auto-monitorizarea sistemului SHM în sine, trăgând semnalele de alarmă ce se impun în cazul apariției unor defecte în componența acestuia (Scutaru

et al., 2018, Law, 2014).

METODE DE INSPECȚIE ȘI MONITORIZARE A PODURILOR IMPLEMENTATE LA NIVEL MONDIAL

24

Capitolul 6

METODE DE INSPECȚIE ȘI MONITORIZARE A PODURILOR

IMPLEMENTATE LA NIVEL MONDIAL

6.1. Generalităţi

Deși avansarea procesului tehnologic a dus la dezvoltarea unor sisteme informatice integrate de monitorizare și evaluare a stării tehnice, calitatea și viabilitatea podurilor este stabilită, de cele mai multe ori, doar prin prisma inspecției vizuale. Astfel, administratorul

structurii stabilește gradul de dezvoltare a degradărilor și nivelul de siguranță a traficului prin

examinarea cu ochiul liber sau utilizând instrumente precum oglinzi, aparate de mărit optice (e.g. lupa) sau alte instrumente optice specifice.

Prezentul capitol vizează ca subiect principal managementul sistemelor de inspecție și monitorizare a podurilor din diferite țări, ilustrând metode de aplicare a acestui concept pe trei

continente, respectiv Europa (Austria, Danemarca, Elveția, Franța, Germania, Marea Birtanie, Polonia, România, Spania), America (Statele Unite ale Americii) și Australia. În ceea ce privește modul de implementare a acestor sisteme, se trec în revistă soluțiile aplicate in diverse țări de pe

mapamond, punctându-se atât elementele particulare, cât și similitudinile, mai ales în ceea ce

privește conceptul de bază.


25

6.2. Concluzii

În cadrul acestui capitol au fost prezentate metodologiile de inspecție a podurilor implementate la nivel mondial. Astfel, se remarcă o utilizare pe scară largă a inspecțiilor vizuale, metodologiile moderne de tipul SHM fiind folosite doar pentru structurile mari, de o importanță crescută pentru întreaga rețea sau atunci când se constată existența unor degradări care pun în

pericol siguranța structurii. Pentru o mai bună clasificare a informațiilor prezentate în cadrul

tezei de doctorat, se prezintă o vedere de ansamblu, tabelară (Tabelul 6.1.) ce cuprinde

sintetizarea tuturor metodologiilor descrise.


26

Tabelul 6.1 Tabel centralizator pentru tipurile de metode de inspecție implementate la nivel mondial

Criteriu

Țară Administrația Inspecțiile Sistemul de management

Australia

- Departamentul de Infrastructură, Planificare și Logistică – Australia de Nord

- Departamentul pentru Planificare, Transport și Infrastructură – Australia de Sud

- Serviciul de Drumuri și Servicii Maritime – New

South Wales

- Administrația Drumurilor Principale – Australia

de Vest

- Departamentul pentru Transport și Drumuri Principale – Queensland

- VicRoads – Victoria

- Departamentul Dezvoltării Statului – Tasmania

- Nivelul 1 → anual, vizual, în timpul

execuției lucrărilor de întreținere periodică

- Nivelul 2 → între 1 și 8 ani, vizual, estimarea costurilor de reparații

- Nivelul 3 → la recomandare, inspecții detaliate + teste nedistructive

BMS format din 2 componente:

- BIS – informații generale despre structură, precum amplasamentul, anul

construcției, materialul de construcție ș.a. + cod unic de identificare structurală

- BAMS – în funcție de codul de identificare – rapoarte de

inspecție, proiecte de execuție a structurii și a lucrărilor de reabilitare

Austria

ASFINAG (Autobahnen-und Schnellstraßen-

Finanzierungs-AG) cu 2 subunități:

- ASG (Alpen Straßen AG)

- ÖSAG (Österreichische Autobahnen-und

Schnellstraßen AG)

- Inspecții superficiale

- Inspecții generale

- Inspecții majore

Infrastructure Management

Tools (IMT) – Bridge

Danemarca Vejdirektoratet – Direcția Daneză a Drumurilor - Inspecții superficiale sau de rutină

- Inspecții principale

- Inspecții speciale

DANBRO Bridge Management

System


27

Tabelul 6.1 Tabel centralizator pentru tipurile de metode de inspecție implementate la nivel mondial (continuare)

Criteriu


Elveția Biroul Federal al Drumurilor (FEDRO)

- Inspecții intermediare


- Inspecții speciale

KUBA

Franța Direcția de Infrastructuri în Transporturi (DIT)


- Inspecții de evaluare

- Inspecții periodice detaliate

- Inspecții detaliate

- Inspecții excepționale

LAGORA

Germania Ministerul Federal al Transporturilor, Construcțiilor și Dezvoltării Urbane

- Inspecții superficiale - Inspecții generale - Inspecții majore - Inspecții speciale

GBMS

Marea

Britanie

- Administrația Autostrăzilor în Anglia

- Transporturile Scoțiene în Scoția

- Agenția Drumurilor pentru Trafic Greu în Nordul

și Centrul Țării Galilor - Agenția Drumurilor pentru Trafic Greu din Sudul

Țării Galilor




- Inspecții supeciale

-

Polonia

- Direcţia Generală de Autostrăzi şi Drumuri Naţionale (GDDKiA – Generalna Dyrekcja Dróg

Krajowych i Autostrad)

- Liniile Ferate Poloneze (PKP – Polish Tailwaz

Lines)

- Inspecţii de rutină

- Inspecţii generale

- Inspecţii principale

- Inspecţii speciale

SMOK pentru PKP Polish

Railway Lines)

SZOK pentru GDDKiA

(Direcţia Generală de Autostrăzi şi Drumuri Naţionale)


28

Tabelul 6.1 Tabel centralizator pentru tipurile de metode de inspecție implementate la nivel mondial (continuare)

Criteriu


România

- Compania Naţională de Administrare a

Infrastructurii Rutiere (CNAIR)

- Consiliile Judeţene

- Consiliile Locale

- Inspecţii de supraveghere

- Inspecţii curente

- Inspecţii periodice

- Inspecţii speciale

-

Spania - Ministerul Spaniol al Lucrărilor Publice

- Inspecţii superficiale

- Inspecţii principale

- Inspecţii generale

SGP (Spanish Management

System)

Statele

Unite ale

Americii

- Administrația Federală a Drumurilor (FHWA –

Federal Highway Administration)

- Divizii FHWA pentru fiecare stat SUA


- Inspecții ale elementelor aflate sub

nivelul apei

- Inspecții detaliate

- Inspecții speciale: inspecții realizate în timpul inundațiilor și după producerea lor, inspecții post-seismice, evaluarea

impactului, inspecția realizată la recepția lucrărilor de reparații, inspecția de siguranță a fundațiilor, alte tipuri de inspecții

PONTIS

BRIDGIT

Carolina de Nord

PenDOT

ABIMS


29

Capitolul 7

ADMINISTRAREA OPTIMIZATĂ A PODURILOR ÎN

CONCEPT DINAMIC

7.1. Generalități

Se remarcă necesitatea dezvoltării unei noi metode de evaluare care să faciliteze procesul

de evaluare structurală și, implicit, să minimizeze timpul necesar unei astfel de inspecții. De

asemenea, prin aceste metode se pot determina în timp util lucrările de reparații ce se impun

pentru remedierea posibilelor degradări.

În acest capitol se prezintă o metodologie modernă de evaluare a stării de viabilitate a podurilor aflate în administrarea unei instituții de profil. Pe lângă descrierea succintă, atât a metodologiei actuale de administrare, cât și a celei noi, se vor trece în revistă și instrumentele

necesare în ambele situații. Ultima parte a capitolului este dedicată prezentării pașilor întreprinși de către personalul responsabil (în cazul ambelor metode) și comparării avantajelor și a dezavantajelor celor două tehnologii.

7.2. Metodologii de administrare a podurilor din România

7.2.1. Metodologia actuală aflată în exploatare

În momentul de față, în România, evaluarea stării tehnice a podurilor denotă un caracter

subiectiv pronunțat, respectiv o precizie scăzută a identificării momentului apariției și evoluției degradărilor (Comisu, 2010a, Comisu, 2010b). În cadrul acestui subcapitol, pentru apelarea

metodei curente, s-a decis denumirea generică a ei: Metoda Evaluării Vizuale a Stării Tehnice, respectiv atribuirea acronimului MEVST.

ADMINISTRAREA OPTIMIZATĂ A PODURILOR ÎN CONCEPT DINAMIC

30

Norma tehnică AND 522 (2002) prevede evaluarea stării tehnice a podurilor la intervale regulate de timp, de 5 ani pentru podurile din beton, metal sau mixte aflate în exploatare și de 3 ani pentru podurile din lemn. Un alt caz în care pot fi realizate inspecțiile, în urma cărora se determină indicele IST, este reprezentat de producerea unor evenimente deosebite precum

inundațiile, cutremurele, accidentele, alunecările de teren, etc. sau dacă în timpul lucrărilor de întreținere curentă se constată apariția unor defecte care ar putea afecta siguranța structurii. Aceste inspecții sunt realizate de un inginer din cadrul Direcției Regionale de Drumuri și Poduri (DRDP) pe raza căreia se află amplasată structura sau de o echipă de specialiști contractată din sursă externă administratorului, la solicitarea acestuia. Indicele IST este calculat pe baza

observațiilor vizuale ale echipei tehnice, astfel, concluziile sunt influențate de experiența în

domeniu a personalului implicat. În cadrul acestor verificări se inspectează, de la o distanță redusă, toate elementele componente ale podului. Cu toate acestea, în unele cazuri, inspecția nu poate viza toate elementele constructive, ca urmare a caracteristicilor nefavorabile ale

amplasamentului.

În urma constatărilor din teren și a determinării indicelui IST în cadrul expertizei tehnice,

administratorul clasifică toate structurile din patrimoniu în funcție de starea lor tehnică în 5 clase,

conform normativul în viguare (AND 522, 2002). De asemenea, același normativ prevede o

structurare a pașilor realizați în timpul administrării optimizate a podurilor cu MEVST, după următoarea schemă:

a. Observații vizuale efectuate în acord cu prevederile normativului de profil. Datele sunt centralizate conform unei fișe standardizate de constatare

b. Stabilirea indicilor de calitate și funcționare (Ci și Fi) pe baza datelor obținute din

amplasament

c. Calculul IST, clasificarea structurilor și stabilirea lucrărilor necesare

d. Up-datarea informațiilor din cadrul băncii de date prin intermediul programelor specializate

e. Planificarea lucrărilor de execuție, având la bază tipul lucrărilor și volumul acestora

Între momentul realizării inspecției tehnice și execuția propriu-zisă a lucrărilor de

remediere a degradărilor se înregistrează, în marea majoritate a situațiilor, o perioadă substanțială de timp, ce poate ajunge și chiar depăși 1-2 ani (Comisu et al., 2018). În această perioadă, structura este supusă în continuare factorilor externi și încărcărilor din trafic, iar

procesele de degradare evoluează. Astfel, deseori, costurile de remediere estimate sunt depășite,

iar lucrările necesare în momentul execuției sunt mai extinse comparativ cu cele considerate

necesare în cadrul expertizei tehnice a podului.


31

7.2.2. Metodologia modernă de evaluare a structurilor în concept dinamic

Ca urmare a numărului mare de poduri aflate în exploatare, în următorii ani, evaluarea

vizuală prin MEVST poate deveni insuficientă pentru identificarea în timp optim a structurilor ce

nu asigură condițiile optime de desfășurare a traficului.

Ținând cont de situația podurilor aflate în gestiunea celui mai important administrator al

unei rețele rutiere din România se propune dezvoltarea unei metodologii moderne de evaluare a

structurilor și a capacității lor de susținere a traficului în depline condiții de siguranță și confort. Această nouă metodologie poartă denumirea de Metoda Evaluării în Concept Dinamic, abreviată MECD și oferă o alternativă viabilă, pragmatică și eficientă la metoda clasică, reducând cât mai

mult posibil dezavantajele acesteia.

Astfel, în cadrul MECD se dorește evaluarea capacității tehnice a podului și a siguranței oferite în exploatare utilizatorilor pe baza analizei unor date înregistrate de senzori (în principal

accelerometre) instalați definitiv pe pod într-un număr minim de puncte. În acest fel se diminuează implicarea factorului uman, evitându-se situațiile în care 2 experți în domeniu ar

evalua diferit un anumit proces de degradare cu un impact major asupra structurii de rezistență a podului. Așadar, MECD implică înregistrarea accelerațiilor verticale dezvoltate, atât pentru structura neîncărcată, cât și pentru o anumită încărcare cunoscută. Vehiculul utilizat în cadrul acestor determinări poate fi standardizat sau poate proveni din traficul curent la care este supus

podul. Datele înregistrate sunt prelucrate, identificându-se modurile de vibrație ale structurii. Valorile frecvențelor sunt comparate cu un set de date standard, subliniindu-se diferențele dintre cele 2 seturi de valori. Pe baza acestora, administratorul dispune luarea măsurilor ce se impun

pentru a asigura siguranța utilizatorilor și integritatea podului.

De menționat este și faptul că implementarea MECD nu implică eliminarea totală a inspecțiilor vizuale din cadrul MEVST, ci le completează, diminuând numărul și frecvența lor. Astfel, este foarte important ca, atunci când în cadrul MECD rezultă prezența unor degradări, administratorul să execute în regim de urgență o verificare MEVST pentru a putea determina

exact elementul sau elementele de construcție afectate și gradul lor de degradare.

7.3. Instrumentele necesare implementării metodologiilor de

administrare a podurilor

7.3.1. Instrumentele necesare implementării Metodologiei de Evaluare

Vizuală a Stării Tehnice

Din punct de vedere al instrumentelor, în timpul evaluării unui pod prin MEVST pot fi

utilizate următoarele (AND 522, 2002): Binoclu (Figura 7.1a); Lupă micrometrică (Figura 7.1b);

Șubler (Figura 7.1c); Ruletă (Figura 7.1d); Sondă pentru măsurat adâncimea apei; Lanternă;

Șpaclu; Perie de sârmă; Ciocan; Fir cu plumb (Figura 7.1e); Aparat de fotografiat (Figura 7.1f).


32

Alte echipamente folosite rareori în timpul inspecțiilor (AND 522, 2002): Barcă (Figura

7.1g); Scară (Figura 7.1h); Echipament de protecție pentru personal; Echipament de salvare;

Instalație de revizie (inspector).

a.Binoclu b.Lupă micrometrică

c.Șubler d.Ruletă

e.Fir cu plumb f. Aparat de fotografiat

g.Barcă h.Scară

Figura 7.1. Exemple de instrumente utilizate pentru implementarea MEVST

Pentru punerea în aplicare a metodologiei MEVST, standardul de profil (AND 522, 2002)

recomandă ca evaluarea stării tehnice a unui pod să fie realizată de către administratorul structurii, prin personalul de specialitate propriu. Astfel, se instituie o comisie de specialiști formată din: Șef de comisie; Membru al comisiei - inginerul de poduri din cadrul secției de drumuri; Membru al comisiei - șeful de district; Muncitori calificați sau necalificați.

7.3.2. Instrumentele necesare implementării Metodologiei de Evaluare în

Concept Dinamic

Pentru implementarea acestei noi tehnologii de urmărire a comportării în timp a podurilor este necesar un număr redus de instrumente. Deși costul inițial de achiziție a acestora este relativ

crescut, în timp, investiția se amortizează, în principal datorită versatilității sistemului. Astfel,

echipamentele și instrumentele specifice MECD prezintă un caracter universal și pot fi utilizate

pentru orice tip de structură, indiferent de materialul de construcție.

Pentru implementarea MECD, administratorul are nevoie de următoarele instrumente:

- Program software de modelare a structurilor cu posibilitate de analiză modală. Se

utilizează pentru a studia comportarea structurii în absența defectelor și a degradărilor - Accelerometre uniaxiale (recomandat a dispune de minimum 3 unități) utilizate

pentru captarea datelor de la structura analizată (Figura 7.2a)

- Punte de achiziție a datelor (Figura 7.2b)


33

- Cabluri (Figura 7.2c)

- Calculator portabil (Figura 7.2d)

- Program software specializat pentru achiziția datelor și prelucrarea lor

a.Accelerometru uniaxial b.Punte de achiziție a datelor

d.Cabluri e.Calculator portabil Figura 7.2. Exemple de instrumente utilizate pentru implementarea MECD

Personalul implicat în inspecțiile prin MECD:

- Un inginer proiectant - analizează structura în programul software dedicat. Este

necesar ca această persoană să poată realiza și modelări ale degradărilor și a

comportării reale a structurii - O persoană pentru montarea elementelor componente ale lanțului de achiziție a

datelor în amplasament și cu realizarea măsurătorilor - Un inginer responsabil cu prelucrarea datelor și compararea lor cu cele rezultate din

cadrul analizei modale

Deși au fost prezentate 3 persoane necesare pentru implementarea MECD, se poate

observa că pașii recomandați fiecăruia nu se suprapun peste activitatea celorlalți. De aceea, în

situațiile posibile, se recomandă ca întregul lanț să fie realizat de o singură persoană special

pregătită în acest sens.

7.4. Pașii necesari implementării metodologiilor de administrare a podurilor

7.4.1. Pașii necesari implementării Metodologiei de Evaluare Vizuală a Stării Tehnice

În mod teoretic, administratorul este obligat să realizeze o verificare generală a structurii de cel puțin 2 ori pe an. Aceste verificări constau, însă, într-o inspecție sumară, ce vizează, în principal, elementele căii. Pe baza acestora se estimează lucrările necesare pregătirii structurii

pentru desfășurarea traficului pe timpul verii (în cadrul inspecției efectuate primăvara) sau a iernii (pentru inspecțiile realizate toamna).


34

Inspecțiile generale de tip MEVST, în cadrul cărora se determină IST au loc, teoretic, la o

perioadă de 5 ani, ce debutează cu momentul inaugurării podului. În același timp, după producerea unui eveniment important în viața structurii, administratorul este obligat să realizeze o inspecție de acest tip, pentru a evalua starea tehnică a podului. Pe baza acestei inspecții se stabilesc tipul și gradul de extindere a lucrărilor de intervenție necesare.

Analizând MEVST din punct de vedere al pașilor urmați de către administratorul podurilor, se pot formula următoarele aspecte generale:

1. După execuția unor lucrări de întreținere curentă, șeful echipei de lucru întocmește un raport privitor la necesitatea verificării structurii. Același document mai poate fi realizat și atunci când administratorul consideră oportună includerea structurii în cadrul unor programe naționale de reabilitare sau la mai mult de 5 ani de la data

ultimei inspecții 2. Pe baza raportului, administratorul structurii (cel mai des DRDP-ul pe raza căruia se

află amplasat podul) instituie o comisie de evaluare

3. Comisia se deplasează în amplasament, evaluând structura și determinând indicele

total de stare tehnică IST

4. Dacă se constată existența unor degradări importante sau se dorește ca o anumită structură să fie inclusă în diverse programe de reabilitare, este necesară întocmirea unei expertize tehnice de către un expert atestat în domeniul podurilor. Această etapă poate avea o durată de timp semnificativ (≥ 1 an) deoarece presupune organizarea

unei licitații publice pentru atribuirea lucrărilor 5. Se organizează, în continuare, alte licitații pentru întocmirea Documentațiilor de

Avizare a Lucrărilor de Intervenții (DALI), Proiecte Tehnice (PT) și execuția propriu-

zisă a lucrărilor 6. Adițional, se realizează evaluarea structurii tehnice a podului, la finalizarea lucrărilor

de intervenții

Se poate observa cu ușurință că etapele de implementare a MEVST se realizează în perioade mari de timp. Astfel, între momentul evaluării stării tehnice și execuția propriu-zisă a lucrărilor de reparații și reabilitare a podului se pot înregistra până la 2-3 ani. Acest fapt conduce

la extinderea degradărilor și, implicit, la costuri mai mari de remediere a lor.

7.4.2. Pașii necesari implementării Metodologiei de Evaluare în Concept

Dinamic

Pașii necesari inspecțiilor în concept dinamic, structurați pe întreaga durată de viață a unei structuri, sunt prezentați în cadrul Tabelului 7.1.


35

Tabelul 7.1. Etapele implementării MECD

ETAPA DESCRIEREA ACȚIUNILOR REALIZATE ÎN CADRUL ETAPEI CURENTE

ETAPA I

(la timpul

T=0)

Deschiderea traficului pe podul nou sau la încheierea lucrărilor de reparații capitale sau reabilitare a unui pod aflat in exploatare

I.A.

(la sediul

DRDP T = 0)

I.A.1 Se concepe modelul discretizat de calcul dinamic 3D al podului

I.A.2 Se rulează o analiză modală a comportării dinamice a podului prin

care se identifică primele 10 moduri proprii de vibrație (valori și vectori proprii)

I.A.3 Se analizează contribuția fiecărei componente modale în estimarea răspunsului dinamic total și se selectează 3 moduri proprii de vibrație, începând cu modul propriu fundamental, în funcție de importanța lor cantitativă și calitativă. Se analizează simetria și "puritatea" formei

proprii de vibrație, urmărind nesuprapunerea cu modurile proprii de vibrație, astfel încât modurile proprii selectate să reprezinte forme simple (cu una, două sau cel mult trei sinusoide), carateristice unui anumit efort secțional singular (încovoiere sau torsiune)

I.A.4 Pentru cei 3 vectori proprii selectați se analizează configurațiile geometrice ale amplitudinilor deplasărilor stabilind cu exactitate poziția accelerometrelor pe pod și frecvențele lor corespunzătoare

I.B.

(în

amplasament

T = 0)

I.B.1 Echipa se deplasează în amplasamentul podului și execută o inspecție de tip MEVST, stabilind starea tehnică a podului la timpul T=0

I.B.2 Se montează de pod accelerometrele în pozițiile prestabilite

I.B.3 Se determină comportarea dinamică a podului sub trafic, sub forma unor accelerograme care se introduc în baza de date

I.B.4 Se dezechipează podul de lanțul de aparatură și se asigură protecția sistemului de montarea a accelerometrelor. Echipa tehnică se deplasează la podul următor cuprins în programul de monitorizare.

I.C.

(la sediul

DRDP T = 0)

I.C.1 Se analizează accelerogramele înregistrare în amplasamentul podului la timpul T=0. Utilizând calculul operațional în domeniul dinamicii podurilor, se execută o analiză a accelerogramelor înregistrate în

amplasamentul podului, transformând ecuațiile diferențiale din domeniul timp (t) într-un sistem de ecuații algebrice în domeniul complex al variabilei de transformare Laplace sau Fourier, adică în domeniul imaginii. Se rezolvă sistemul algebric de ecuații după care, printr-o operație de transformare inversă, se obțin soluțiile ecuațiilor diferențiale (soluțiile originale). În această ultimă etapă se aplică Integrala de convoluție bazată pe teorema lui Borel, cunoscută în

literatura de specialitatea sub denumirea de integrala lui Duhamel sau

integrala de superpoziție.


36

Tabelul 7.1. Etapele implementării MECD (continuare)


I.C.2 Se compară frecvențele măsurate în amplasamentul podului cu

frecvențele calculate (valorile proprii) pe modelul de calcul

dinamic al podului.

I.C.3 Se realizează un studiu de sinteză al sistemului dinamic, ce constă în determinarea funcției de transfer a sistemului (caracteristicile

constructive și funcționale ale podului). Funcția de sistem presupune monitorizarea a două variabile, excitația (acțiune a traficului rutier), și răspunsul sistemului (accelerogramele înregistrate).

I.C.4 Se calibrează modelul de calcul dinamic al podului, în cadrul unui

proces iterativ de rafinare, condus pe baza rezultatelor inspecției de tip

MEVST executate la timpul T=0, și a analizei configurației geometrice

a vectorilor proprii de vibrație. Procesul de calibrare este finalizat

atunci când valorile și vectorii proprii de vibrație determinați în

amplasamentul podului, la timpul T=0, se suprapun cu o eroare de

max. 5%, peste valorile proprii calculate prin analiza modală, pentru cele 3 moduri proprii de vibrație de referință

I.C.5 Se introduc toate date obținute la timpul T=0 în Baza de date și se arhivează

ETAPA II

(la timpul

T=i)

După o perioadă de aproximativ 5 ani de la ultima inspecție MECD, sau imediat după producerea pe pod a unui eveniment deosebit (seism, inundații masive, alunecări de teren, accidente grave urmate de lovirea structurii de rezistență a podului).

II.A.

(în

amplasament

T = i)

II.A.1 Echipa tehnică realizează o nouă evaluare dinamică în amplasamentul podului, la timpul T = i

II.A.2 Se montează pe pod accelerometrele în pozițiile prestabilite pe modelul de calcul

II.A.3 Se înregistrează comportarea dinamică a podului sub trafic, sub forma unor accelerograme care se introduc în baza de date.

II.A.4 Se dezechipează podul de lanțul de aparatură și se asigură protecția sistemului de montarea a accelerometrelor. Echipa tehnică se deplasează la podul următor cuprins în programul de monitorizare.

II. B.

(la sediul

DRDP T = i)

II.B.1 Se analizează accelerogramele înregistrare în amplasamentul podului la timpul T = i.

II.B.2 Se compară frecvențele măsurate în amplasamentul podului cu frecvențele calculate (valorile proprii) pe modelul de calcul dinamic al podului.


37

Tabelul 7.1. Etapele implementării MECD (continuare)


II.B.4 Dacă se constată diferențe între valorile frecvențelor măsurate la timpul T = i și frecvențele de rezonanță existente în baza de date de la timpul T = 0, care nu se află în intervalul de ±5%, dar sunt mai mici de 10% (Zaveri et al., 1984), se calibrează modelul de calcul dinamic al podului

II.B.5 Echipa tehnică realizează o inspecție MEVST detaliată și un set de teste nedistructive pentru a determina toate procesele de degradare

care au condus la acele diferențe.

II.B.6 Se calibrează modelul de calcul dinamic al podului, în cadrul unui proces iterativ de rafinare, condus pe baza rezultatelor inspecției de tip MEVST executate la timpul T = 0 și a analizei configurație geometrice a vectorilor proprii de vibrație. Procesul de calibrare este finalizat

atunci când valorile și vectorii proprii de vibrație determinați în

amplasamentul podului, la timpul T = 0, se suprapun cu o eroare de

max. 10% (Zaveri et al., 1984) cu valorile proprii calculate prin

analiză modală, pentru cele 3 moduri proprii de vibrație de referință.

II.B.7 Se introduc toate date obținute la timpul T = 0 în Baza de date și se arhivează.

II.B.8 În cazul producerii unui eveniment, pașii din cadrul MECD sunt mai

rapizi decât în cadrul MEVST. Astfel, imediat după trecerea oricărui pericol, echipele specializate se deplasează în amplasamentele tuturor podurilor administrate și realizează o verificare a structurilor prin metoda MEVST. Dacă se constată diferențe dintre datele înregistrate și cele aflate în baza de date se verifică dacă frecvențele noi se apropie de frecvențele fundamentale ale structurii. În cazul în care diferența dintre cele 2 valori este mai mică de ±5%, personalul este obligat să închidă traficul pe structură avariată. Dacă diferența se situează în intervalul de ±10% (Zaveri et al., 1984), se recomandă instituirea unor restricții de viteză și tonaj, fiind necesare realizarea, în regim de urgență, a lucrărilor de remediere.

II.B.9 Dacă valorile frecvențelor înregistrate se apropie de frecvențele de rezonanță, se determină diferența procentuală dintre cele 2 valori.

Pentru stabilirea unor nivele graduale privind pericolul reprezentat de suprapunerea unei

frecvențe reale cu frecvența de rezonanță se definesc trei praguri de alertare, și anume:

Treapta 0 de alertă (alertă Verde): diferența dintre frecvența fundamentală a structurii și frecvența înregistrată nu se regăsește într-un interval de referință de ±10% (Zaveri et al., 1984).

Se consideră că podul nu prezintă degradări care să pună în pericol siguranța traficului.


38

Treapta I de alertă (alertă Galbenă): diferența dintre frecvența fundamentală a structurii și frecvența înregistrată se regăsește într-un interval de referință de ±10% (Zaveri et al.,

1984). În cadrul acestei trepte, se avertizează administratorul podului cu privire la necesitatea execuției într-un timp cât mai scurt a lucrărilor de întreținere periodică sau de reabilitare. De asemenea, se recomandă întrunirea de urgență a comisiei pentru realizarea unei inspecții vizuale de tip MEVST și instituirea restricțiilor de viteză și tonaj.

Treapta a II-a de alertă (alertă Roșie): diferența dintre frecvența fundamentală a structurii și frecvența înregistrată se regăsește într-un interval de referință de ±5% (Zaveri et al.,

1984). În cadrul acestei trepte se alertează în regim de urgență administratorul, recomandându-se

închiderea circulației și expertizarea structurii.

Pentru a asigura asimilarea rapidă a tehnicilor de implementare a MEVST de către personalul administrativ, s-a decis definirea acestor trepte în corespondență cu stările tehnice utilizate la ora actuală la nivelul țării noastre, după cum se poate observa în Tabelului 7.2.

7.5. Avantajele și dezavantajele metodologiilor prezentate

Metodologiile ce fac obiectul acestui capitol, dar și a întregii teze de doctorat, prezintă o serie de avantaje și de dezavantaje, prezentate în cadrul Tabelului 7.3.

7.6. Concluzii

În cadrul acestui capitol s-a prezentat o metodologie modernă de administrare a podurilor,

avantajele acesteia fiind scoase în evidență prin intermediul unor comparații cu metodologia actuală aplicată la nivelul țării noastre. Astfel, s-a justificat necesitatea modificării abordării curente, pe baza evoluției tehnologice și a avantajelor MECD.

În cadrul cercetărilor efectuate a fost descrisă metoda de evaluare preliminară privitoare

la capacitatea structurii de susținere, în continuare, a traficului. Pentru această metodă s-au

optimizat parametrii constituenți în scopul utilizării unui număr minim de unități specializate în captarea diferitelor informații direct de la structură.

De asemenea, metodologia nouă încearcă să diminueze cât mai mult posibil influența

factorul uman pentru a putea garanta o evaluare corectă, în timp real, a tuturor podurilor

administrate. De asemenea, sunt necesare mai puține instrumente, costul lor fiind amortizat în doar câțiva ani, datorită capacității de instalare a aceluiași sistem pentru toate categoriile de poduri. Pentru a veni în ajutorul administratorilor, capitolul 7 prezintă și pașii necesari a fi respectați pe parcursul aplicării întregii metodologii propuse, MECD.

Utilizându-se metodologia MECD dezvoltată în acest capitol, au fost concepute programele experimentale ce stau la baza tezei de doctorat.


39

Tabelul 7.2. Echivalarea stării tehnice evaluată prin intermediul MECD cu cea calculată în urma MEVST. Lucrări de întreținere recomandate în funcție de starea tehnică

Nr.

Crt. Starea tehnică

Treapta de

alertare

Echivalent

cu MEVST

Lucrări de întreținere recomandate

1 BUNĂ

VERDE

Frecvența ≠ ±10%

61 – 100 Execuția de lucrări de întreținere și reparații curente

2 SATISFĂCĂTOARE

(GALBEN)

GALBEN

Frecvența ±10%

21 – 60

Se anunță administratorul structurii

Se realizează o inspecție vizuală de tipul MEVST pentru identificarea degradărilor structurale și se evaluează gradul de extindere a acestora

Se impun restricții de viteză și tonaj în funcție de degradările întâlnite și de apropierea de frecvența de rezonanță

Se realizează o expertiză tehnică

3 CRITICĂ

(ROȘU)

ROȘU

Frecvența ±5%

0 - 21

Se închide circulația în regim de urgență pe pod

Se anunță administratorul de apariția degradărilor și de gravitatea lor

Administratorul înștiințează poliția rutieră și stabilesc împreună rutele ocolitoare pentru porțiunea de drum deservită de podul vizat

Se realizează expertizarea tehnică a podului prin ambele metode disponibile, atât MEVST cât și MECD, în cazul ultimei fiind analizate mult mai detaliat datele captate din amplasament


40

Tabelul 7.3. Avantajele și dezavantajele implementării metodologiilor de monitorizare a stării tehnice a podurilor

MEVST MECD

Avantaje

- Evaluarea tuturor elementelor structurii

- Cost scăzut de achiziție a instrumentelor necesare, excepție făcând doar câteva articole (barca pneumatică și Inspectorul de poduri)

- Realizarea verificării podurilor de orice inginer specialist în poduri cu o experiență în domeniu de cel puțin 5 ani

- Neimplicarea factorului uman - Timp scăzut de evaluare a structurii, putând fi utilizată

ca metodă de evaluare în timp real după producerea unui eveniment (inundație, cutremur, etc.)

- Neperturbarea traficului - Luarea măsurilor necesare de reparare, de restricționare

sau de închidere a circulației pe pod într-un timp mult mai scăzut, evaluarea structurii putându-se face în câteva ore sau chiar pe loc

- Inspecțiile vizuale nu sunt eliminate complet, MECD

fiind realizat în mod curent, iar MEVST doar în cazul în care se constată apropierea frecvențelor înregistrate de frecvența de rezonanță a podului

- Organizarea la o perioadă mai scurtă de timp decât în cazul MEVST

- Amortizarea rapidă a investiției - Necesitatea unei echipe restrânse pentru realizarea

tuturor pașilor necesari - Garantarea acelorași condiții de evaluare pentru toate

podurile aflate în administrare - Extragerea structurilor care au dezvoltat o anumită

degradare, realizându-se mult mai ușor planificarea execuției lucrărilor de întreținere

- Existența, în orice moment, a unui istoric privind degradările întâlnite pe podul analizat, încă de la implementarea metodologiei


41

Tabelul 7.3. Avantajele și dezavantajele implementării metodologiilor de monitorizare a stării tehnice a podurilor (continuare)

MEVST MECD

Dezavantaje

- Subiectivismul factorului uman în stabilirea stării tehnice a podului și evaluarea proceselor de degradare

- Timp crescut de perturbare a traficului pe durata stabilirii stării tehnice

- Evoluția necontrolată a unor degradări rămase neidentificate și care pot pune în pericol siguranța structurii

- Perturbarea traficului în timpul inspecțiilor - Durată mare de timp între realizarea inspecției și execuția

lucrărilor de reparații sau până la luarea măsurilor ce se impun pentru instituirea restricțiilor de viteză și/sau tonaj

- Cantități de lucrări preconizate mai mici decât cele necesare, rezultând necesitatea sporirii costurilor de reparații

- Creșterea duratei de execuție a lucrărilor datorită determinării unei extinderi mai mari a degradărilor decât era estimat

- Perioadă relativ mare între 2 inspecții generale consecutive

- Necesitatea unui număr mare de instrumente pentru evaluarea stării tehnice a podului

- Întrunirea unei comisii formate din minimum 5 persoane pentru realizarea MEVST, în cazuri excepționale comisia extinzându-se

la 8 persoane - Durată mare de timp între constatarea necesității evaluării

MEVST și evaluarea propriu-zisă

- Cost inițial mare de achiziție a instrumentelor necesare

- Neevaluarea tuturor elementelor structurii, ci doar a viabilității în exploatare a acesteia (de exemplu nu este

evaluată starea de degradare a parapetelor) - Cost ridicat de achiziție inițială a instrumentelor - Necesitatea pregătirii speciale a unui inginer pentru

fiecare secție care să aibă în atribuții realizarea acestor inspecții și completarea băncii de date și a modelării numerice în funcție de datele captate pe teren

STUDIU DE CAZ PRIVIND APLICAREA METODOLOGIEI DE EVALUARE ÎN CONCEPT DINAMIC LA O STRUCTURĂ NOUĂ

42

Capitolul 8

STUDIU DE CAZ PRIVIND APLICAREA

METODOLOGIEI DE EVALUARE ÎN CONCEPT DINAMIC LA O STRUCTURĂ NOUĂ

8.1. Introducere

Cu scopul de a asigura siguranța în exploatare a podurilor, mai ales a celor mixte sau a celor metalice, administratorii estimează periodic durata de viață rămasă, respectiv capacitatea portantă. Aceste acțiuni sunt realizate pentru a putea lua din timp măsurile ce se impun privind

remedierea degradărilor (Bolduș et al., 1998). Pentru exemplificare, în cadrul capitolului 8 se

prezintă succint pași realizați de către un administrator pentru implementarea MECD în cazul

unui pod sau pasaj nou.

Pentru a putea permite evaluarea structurii pe întreaga durată de viață, se stochează datele

privitoare la comportamentul ei în exploatare, atât din punct de vedere static, cât și dinamic, încă din momentul terminării și recepției construcției. Această stare este considerată a fi ideală, deoarece se presupune că structura nu prezintă defecte și degradări. Pe întreaga durată de exploatare a podului, o dată la 5 ani sau de fiecare dată când se consideră necesar, personalul responsabil cu administrarea structurii va realiza o determinare a parametrilor dinamici. Datele

noi vor fi comparate cu cele înregistrate în primă etapă determinându-se eventualele discrepanțe, respectiv degradări.

În cuprinsul capitolului se prezintă detaliat modul în care au fost realizate testările, atât statice cât și dinamice, în momentul inaugurării celui mai important pasaj construit în municipiul Iași în ultimii 20 ani.


43

8.2. Prezentarea generală a pasajului

Pasajul superior Octav Băncilă a fost finalizat în anul 2015 și deschis circulației publice la începutul anului 2016. Structura este amplasată în partea de Nord-Vest a municipiului Iași și face legătura între Strada Păcurari și Șoseaua Națională.

Din punct de vedere al structurii de rezistență, pasajul Octav Băncilă este alcătuit dintr-o

secțiune compusă oțel-beton dispusă sub forma unei grinzi metalice continue cu 5 deschideri

(45,20 m + 55,00 m + 70,00 m + 55,00 m + 45,20 m), ce însumează o lungime totală a suprastructurii de 270,40 m. Grinzile metalice se află în conlucrare cu un platelaj din beton

armat. Suprastructura pasajului este rezemată pe infrastructuri din beton armat turnate monolit, compuse din 2 culei și 4 pile (Figura 8.1).

Figura 8.1. Vederi asupra pasajului Octav Băncilă

Structura a fost proiectată conform normelor tehnice în vigoare, calculele de rezistență fiind realizate ținând cont de încărcările utile cuprinse în clasa E de încărcare, și anume convoi de autocamioane A30 și vehicule speciale V80. Trotuarele au fost dimensionate luând în calcul o încărcare uniform distribuită de 500 daN/m2. Datorită amplasării pasajului într-o zonă urbană intens circulată, s-a considerat o nouă ipoteză de calcul, simulându-se o aglomerație cu oameni și pe întreaga suprafață a părții carosabile, nu doar pe trotuare.

Lățimea totală a părții superioare a pasajului, măsurată între fețele interioare ale inelelor parapetelor pietonale însumează 11,90 m. Partea carosabilă este formată din 2 benzi de circulație, câte una pentru fiecare sens de 3,90 m, rezultând o lățime totală de 7,80 m. Pentru

asigurarea circulației pietonale sunt dispuse 2 trotuare având lățimea de 1,70 m fiecare (Figura

8.3.). Ținându-se cont de amplasamentul pasajului, în inima orașului, și a specificului traficului deservit, au fost dispuse panouri fonoabsorbante la extremitățile trotuarelor (Figura 8.2.).

Figura 8.2. Partea carosabilă a pasajului Octav Băncilă

Pentru a permite deplasările normale a structurii în sens longitudinal, au fost montate

rosturi de dilatație. Datorită specificului structurii, cea de grindă continuă, aceste rosturi sunt


44

dispuse doar pe culei. Astfel, se reduc semnificativ posibilitățile de apariție a degradărilor specifice acestor elemente, minimizând în același timp și costurile de întreținere și cele induse de

întreruperea traficului pe perioada execuției acestor lucrări.

Suprastructura pasajului Octav Băncilă (Figura 8.3.) este construită dintr-o grindă casetată metalică, închisă la partea inferioară. Această grindă prezintă pereți marginali înclinați, la partea superioară fiind dispusă o placă din beton armat. În comparație cu studiul de caz ce

vizează Podul Șcheia (prezentat în cap. 9), în această situație putem observa prezența unor elemente de conlucrare între cele 2 părți componente ale construcției. Aceste elemente sunt reprezentate de conectori elastici de tip dorn, construiți în întregime din metal. Platelajul din

beton armat este format din dale prefabricate. Acestea prezintă o lungime de 2,00 m, fiind monolitizate în sens transversal pasajului.

Figura 8.3. Secțiune transversală a pasajului Octav Băncilă (conform

proiectului tehnic de execuție)

Caseta metalică a suprastructurii are lățimea de 5,20 m la partea inferioară și 7,60 m la partea superioară, iar înălțimea grinzii metalice este de 2,50 m. Pentru a oferi o rigiditate crescută a secțiunii casetate au fost dispuse diafragme și rigidizări transversale având secțiunea de tip ”T”.

Culeele sunt construite din beton armat și constau în ziduri de sprijin masive și ranforți. Lățimea unei culei este de 8,50 m, iar zidurile întoarse au lățimea de 3,50 m. Fundațiile selectate

de proiectant sunt de tip indirect, fiind compuse din 8 coloane forate, cu diametrul de 1500 mm.

Pilele sunt executate din același material ca în cazul culeelor. Acestea prezintă o secțiune lamelară cu o variație liniară în sens longitudinal pasajului. În secțiune transversală, pilele prezintă o lățime constată, de 6,10 m. Fundațiile pilelor au aceeași alcătuire constructivă ca a culeelor (diametru de 1500 mm și lungime de 25,00 m), variind doar numărul coloanelor dispuse.

Aparatele de reazem sunt de tip modern, din neopren fretat. Astfel, au fost dispuse 12

unități, câte 2 pentru fiecare secțiune transversală de rezemare. Aceste aparate sunt de tip special,

conform deschiderilor și încărcărilor la care este supus pasajul.


45

8.3. Scheme de încercare a pasajului Octav Băncilă în regim static și în regim dinamic

Pasajul Octav Băncilă a fost încercat, înaintea inaugurării oficiale, atât în regim static, cât

și în regim dinamic conform normativelor de profil (STAS 12504, 1986) și a altor încercări similare (Ghindea et al., 2014). Aceste încercări au avut ca scop determinarea caracteristicilor

structurii și compararea lor cu valorile evaluate în cadrul proiectării. Datele astfel înregistrate

stau la baza următoarelor etape ale monitorizării, fiind considerate date de referință.

8.3.1. Încercarea în regim static

În cadrul încercărilor în regim static au fost determinate săgețile și contrasăgețile apărute în diferite puncte cheie ale structurii (au fost considerate câte 10 puncte pentru fiecare

deschidere). Suprastructura a fost supusă la încărcări cu 2 tipuri de convoaie de autocamioane cu

4 osii, și anume:

- convoi de tip I cu 4 osii, având o greutate de 420 kN (sau 42 t)

- convoi de tip II cu 3 osii, având o greutate de 300 kN (sau 30 t)

Încercările statice au fost efectuate pentru 3 scheme de încărcare. Selectarea acestor

poziții a avut la bază lungimea deschiderilor și simetria acestora, vizând în principal deschiderile D1 – D3 (D1 = 45,20 m, D2 = 55,00 m și D3 = 70,00 m). Schemele de încărcare sunt:

- Schema de dispunere a convoiului pentru încercarea 1: 6 camioane de tip I (42 t) au

fost dispuse pe deschiderea D1 (45,20 m) așezate simetric față de axa longitudinală a pasajului și alte 6 camioane de tip II (30 t) au fost dispuse pe deschiderea D5 (45,20

m) (Figura 8.4.)



m) (Figura 8.5.)



m) (Figura 8.6.)

8.3.2. Încercarea în regim dinamic

Încercarea în regim dinamic s-a efectuat cu ajutorul unui singur camion de probă, având 4 osii și greutatea totală de 420 kN (42 t). Șocul necesar realizării încercării dinamice a fost datorat trecerii camionului peste un prag construit dintr-un dulap din lemn de 4 cm înălțime. Muchiile din partea superioară a dulapului au fost teșite la 40 grade.

Viteza de deplasare a camionului în momentul ”impactului” cu dulapul de lemn a variat,

fiind cuprinsă între 5 și 20 km/h. Au fost efectuate încercări pentru 2 poziții ale dulapului:


46

- în mijlocul deschiderii D1 (44,70 m)

- în mijlocul deschiderii D3 (70,00 m)

8.4. Dispozitive de măsurare a răspunsului structural

În urma încercărilor în regim static au fost determinate săgețile și contrasăgețile structurii

pasajului Octav Băncilă. Acestea au fost măsurate folosind metodele topografice cele mai indicate în cazul analizat. Astfel, lanțul de aparatură utilizat a fost format din:

- 1 stație totală LEICA TCR 703

- 2 stații totale LEICA TC 1203

- 2 stații totale LEICA TCR 1203

- 1 stație totală LEICA TC 705

- 3 receptoare GPS LEICA 1230 cu dublă frecvență

- 4 receptoare GPS de tip 60 P010 – 00322 – 51

- 1 nivelă geodezică LEICA DN 01

- 1 GPS Impulse 200 LR

- 1 TOPOGRAPH – aplicație de topografie și cadastru

- 1 soft de prelucrare a datelor în regim static

Componentele lanțului de determinare a parametrilor dinamici ai structurii sunt:

- 2 accelerometre uniaxiale de tip KS 76C – 100, seria 14034 și 14035 produse de firma germană MMF

- 1 stație modulară de achiziție a datelor de tip Compact Rio ASSY NY 9234 4 de la

National Instruments, USA, cu 8 canale, necesară amplificării semnalelor dinamice și transmiterea lor către o unitate de stocare

- 1 computer portabil

- 2 programe software de tip LabVIEW și DIAdem, provenite de la același producător ca în cazul stației modulare, programe necesare prelucrării, reprezentării și stocării datelor dinamice determinate experimental

Pentru fiecare încercare au fost utilizați câte 2 senzori. Aceștia au fost dispuși în două secțiuni caracteristice, la nivelul trotuarelor, prima la mijlocul deschiderilor analizate (D1 și D3) și a doua la 5,2 m de secțiunea centrală. Secțiunea centrală coincide, în acest caz, și cu secțiunea de instalare a pragului de lemn.


47

Figura 8.4. Schema de dispunerea a convoiului pentru încercarea 1




48

8.5. Metodologiile de realizare a încercărilor efectuate pasajului Octav Băncilă

8.5.1. Metodologia de realizare a încercărilor în regim static

Încercarea în regim static s-a efectuat prin încărcarea progresivă a structurii. Astfel, într-o

primă etapă au fost aduse la poziție camioanele dispuse pe banda 1 de circulație, apoi pe cele de pe banda 2. Descărcarea s-a realizat, deasemenea, progresiv, dar în ordinea inversă încărcării.

Circulația camioanelor pe pasaj înainte și după încercare s-a efectuat cu viteză scăzută, de

cca. 5 km/h. Acestea au oprit în poziția indicată în cadrul proiectului de încercare, respectându-se

schemele de încărcare.

În fiecare etapă de încărcare – descărcare au fost efectuate citiri ale aparatelor de măsurare și observări vizuale ale comportamentului structural pentru a putea determina cât mai

repede eventualele erori apărute în cadrul procesului de încercare a structurii.

8.5.2. Metodologia de realizare a încercărilor în regim dinamic

Așa cum s-a prezentat anterior, încărcarea s-a realizat prin intermediul unui camion cu 4

osii, încărcat cu balast. În timpul deplasării pe structură, acesta suportă un șoc la întâlnirea cu un prag realizat dintr-un dulap de lemn. În timpul încercării, camionul s-a deplasat pe ambele

sensuri ale structurii, pentru deschiderile monitorizate, dulapul de lemn fiind amplasat, de fiecare

dată, pe banda încărcată a tablierului.

Pe durata încercării au fost înregistrate în mod continuu accelerațiile podului. Conform

STAS-ului 12504 (1986), pentru fiecare schemă de încărcare dinamică este necesară realizarea încercărilor pentru cel puțin 5 trepte de viteză diferite. Ținând cont de forma pasajului Octav Băncilă și a limitărilor de viteză ce au fost impuse după deschiderea traficului, s-a limitat

realizarea încercării la 3 trepte de viteză (10, 20 și 30 km/h). După înregistrarea accelerațiilor, datele au fost prelucrate utilizându-se transformata Fourier, fiind calculate valorile variațiilor accelerațiilor în timpul încercărilor, respectiv frecvențele structurii și decrementul logaritmic

corespunzător mișcărilor libere.

8.6. Rezultatele încercărilor efectuate pasajului Octav Băncilă și interpretarea lor

8.6.1. Comparație între rezultatele determinate în faza de proiectare și cele înregistrate în timpul încercărilor statice

Pentru a verifica corectitudinea proiectării și execuției pasajului Octav Băncilă, dar și datorită importanței structurii, s-a decis efectuarea unor serii de încercări, atât în regim static, cât


49

și dinamic. Cele 2 seturi de date vor fi utilizate în etapele viitoare din viața structurii, în funcție de obiectivele urmărite.

În primă fază, rezultatele încercărilor în regim static au fost folosite în etapa de verificare a pasajului. Acestea au fost comparate cu săgețile calculate în aceleași puncte prin scheme

identice de încărcare cu cele stabilite în etapa de proiectare. În acest fel s-a urmărit ca valorile

săgeților reale să nu depășească cu mai mult de 50% valorile calculate, pentru a nu fi pusă în pericol siguranța utilizatorilor.

În fiecare deschidere s-au stabilit câte 9 puncte de măsurare în câmp și 2 pe reazeme, puncte amplasate la distanțe egale în cadrul aceleiași deschideri. Rezulatatele sunt prezentate în

Figurile 8.7 – 8.10.

În cazul primei scheme de încărcare (Figura 8.8), valorile maxime ale deplasărilor sunt

înregistrate în prima deschidere, fiind și cea mai puternic solicitată. Astfel, în centrul D1 s-a

calculat o valoare a săgeții egală cu -11,62 mm. În același timp, și pe deschiderea D5 este amplasat un convoi, de tip II, fapt ce conduce la o săgeată mai redusă (-9,10 mm). În restul

deschiderilor neîncărcate, valorile săgeților sunt mai mici. Datorită schemei statice de grindă continuă se poate observa o variație a semnelor deplasărilor, alternând valorile pozitive cu cele negative de la o deschidere la alta.

În modul teoretic, în cadrul calculelor de verificare a siguranței pasajului, în schema 2 de încărcare este înregistrată o deformată a structurii precum cea din Figura 8.9. După cum se poate observa, deplasările maxime apar în deschiderile încărcate, fiind proporționale cu greutățile convoaielor. Astfel, valoarea cea mai mare a săgeții se regăsește în centrul deschiderii D2, fiind

o valoare negativă (-19,13 mm).. Deplasările de același semn se pot întâlni și în D4, deschidere

de asemenea încărcată. În acest caz valorile lor sunt mai scăzute, în centrul deschiderii

înregistrându-se -14,64 mm.

Comportarea teoretică a structurii pasajului Octav Băncilă în cazul celei de-a treia

scheme de încărcare este ilustrată în Figura 8.10. Astfel, deplasarea maximă a întregii structuri

este înregistrată în centrul deschiderii D3, deschidere în cadrul căreia a fost dispus și convoiul de tip I. (-37,56 mm) Apariția acestei valori este influențată direct de contribuția lungimii deschiderii asupra creșterii acestui parametru. În deschiderea D5, încărcată prin convoiul de tip II

este înregistrată o săgeată maximă teoretică de -10,77 mm. Această valoare este mai mică decât cea determinată în cazul deschiderii neîncărcate. Cea mai mare valoare a deplasărilor pentru deschiderile neîncărcate apare în centrul D4, deschidere aflată între cele 2 încărcate, atingând +11,39 mm (valoare mai mare decât cea din D5, aceasta fiind încărcată).

8.6.2. Rezultatele înregistrate în timpul încercărilor în regim static

Așa cum s-a precizat anterior, pentru realizarea încercărilor în regim static au fost utilizate 3 scheme de încărcare, determinându-se astfel valorile săgeților în 10 puncte pentru fiecare deschidere a pasajului. Astfel, utilizându-se aparatura amintită la punctul 8.4. au fost efectuate mai multe serii de citiri ale cotelor respectivelor puncte.


50

Diferențele dintre primele citiri ale cotelor efectuate pentru structura neîncărcată și cele realizate în timpul încercărilor, după stabilizarea aparaturii, sunt prezentate Figurile 8.12. – 8.14.

ilustrând deformatele structurii. Figura 8.11. prezintă schema statică a pasajului, alături de cotele punctelor înainte de efectuarea încercărilor.

În cadrul Figurii 8.12. se poate observa comportamentul structurii supusă primei scheme de încercare. Se constată apariția celor mai mari săgeți în secțiunile centrale ale deschiderilor încărcate. Evoluția acestora prezintă o deformată parabolică, având puncte aproximativ egale cu 0 în dreptul reazemelor. Datorită schemei statice (grindă continuă cu 4 deschideri) în dreptul

reazemului fix amplasat pe pila P3, deplasarea verticală este 0. Se constată o distribuție aproximativ simetrică a deplasărilor pe întreaga structură, fenomen datorat atât simetriei construcției, cât și a distribuției încărcărilor. Din acest motiv, deschiderea centrală prezintă și deplasările minime.

Cu toate acestea, valorile deplasărilor sunt mai mari în cadrul deschiderii D1, în comparație cu deschiderea D5, deși ambele sunt supuse încărcărilor. Acest comportament se explică prin utilizarea celor 2 tipuri de convoaie. Săgețile maxime măsurate în aceste condiții, în centrul deschiderilor, au fost de -11,10 mm (D1) și -8,80 mm (D5), valori admisibile în

comparație cu limitele impuse de verificările la stări limită de deformație utilizate în etapa de

proiectare.

Pentru a doua schemă de încărcare, în care convoaiele de tip I (42 t) și II (30 t) au fost dispuse conform metodologiei prezentate în subcapitolul 8.3.1., a rezultat deformata structurii

din Figura 8.13. Se constată și în acest caz o distribuție parabolică a deplasărilor prezentând cele mai mari valori în deschiderile supuse încărcărilor. Analizând cele 2 deschideri, se observă că deplasarea maximă se regăsește în punctul corespunzător secțiunii centrale a deschiderii D2 (-

19,39 mm). Acest fapt se datorează convoiului de tip I – 42 t dispus pe aceasta. În cazul

convoiului tip II (30 t) deplasarea maximă este mai mică, ajungând la -14,60 mm.

Analizând deformata structurii se constată înregistrarea depasărilor pozitive în toate deschiderile neîncărcate. Valoarea cea mai mare a acestor deplasări este întâlnită în centrul deschiderii D3, fiind de +9,65 mm. O caracteristică atipică este observată în cazul deschiderilor D1 și D5. Deși în mod teoretic deplasările cu valorile cele mai mari sunt înregistrate în secțiunile centrale, în practică, acest lucru nu a avut loc. Astfel, punctele de extrem din aceste deschideri se identifică în dreapta (în cazul D1) secțiunii centrale, respectiv în stânga (în cazul D5). Acest lucru poate fi interpretat ca o consecință a schemei statice de grindă continuă și a apropierii de deschiderile încărcate.


51

Figura 8.7. Schema statică a pasajului

Figura 8.8. Deformata teoretică a pasajului corespunzătoare schemei 1 de încărcare




52

În cazul schemei 3 de încărcare, deformata prezintă o alură distinctă (Figura 8.14)

datorită, în primul rând, dispunerii convoaielor. Dacă în situațiile precedente dispunerea s-a făcut simetric pe cele 5 deschideri, fiind încărcate doar deschiderile egale, în acest caz se încarcă doar deschiderea centrală (D3) și deschiderea marginală dreapta (D5). Acestea au fost selectate

datorită dispunerii lor și a faptului că prezintă valori extreme ale lungimilor. Astfel, în D3 (deschiderea centrală a structurii) a fost poziționat convoiul de 42 t, iar pentru deschiderea

marginală (D5) au fost utilizate 3 camioane aparținând convoiului tip I. Astfel, a fost înregistrată săgeata maximă a structurii, în centrul deschiderii D3 (-34,80 mm). Pentru D5, deplasarea a fost

de aproximativ 3 ori mai mică, ajungând doar până la -10,70 mm, valoare înregistrată tot în

secțiunea centrală.

Deschiderile neîncărcate prezintă deformate simetrice din punct de vedere al formei și al semnului, dar diferă valorile săgeților. Astfel, cele mai mari valori sunt determinate în deschiderea D4 datorită faptului că se găsește între cele 2 deschideri încărcate. Totuși, analizând valorile deplasărilor, se constată că punctul de maximum, de +9,70 mm, nu este înregistrat în

secțiunea centrală a deschiderii, ci în punctul de măsurare amplasat în partea stângă a ei. Se poate aprecia că acest comportament se datorează apropierii acestui punct de deschiderea cu încărcare mai mare. Aceeași tendință este constatată și în cazul deschiderilor D2 și D1, secțiunile cu deplasări maxime fiind cele din dreapta punctelor centrale. Valorile deplasărilor scad, pe măsură ce se îndepărtează de deschiderea D3. Astfel, cea mai mare valoare a săgeții din D2 este de +6,62 mm, în timp ce pentru D1 valoarea scade până la -1,53 mm.

8.6.3. Compararea datelor rezultate în faza de proiectare cu cele

determinate în urma încercărilor în regim static

Încercarea în regim static a pasajului Octav Băncilă a avut ca scop, așa cum s-a precizat,

validarea comportamentului anticipat în faza de proiectare al structurii și verificarea corectitudinii lucrărilor de execuție. Astfel, după finalizarea execuției au fost realizate teste statice, fiind măsurate săgețile verticale dezvoltate. Rezultatele acestor teste au fost comparate cu

datele determinate în timpul proiectării rezultând curbele deformatelor prezentate în Figurile 8.15 – 8.17. Se poate constata o apropierea valorilor înregistrate de cele calculate, diferențele dintre cele 2 curbe fiind nesemnificative.

În cazul schemei 1 de încărcare, diferențele dintre valorile calculate și cele înregistrate în același punct sunt relativ mici (Figura 8.15.). Pentru deschiderile încărcate se observă valori mai mari ale deplasărilor calculate în câmp (punctele 3 – 7 pentru D1 și 42 – 47 pentru D5) decât cele

înregistrate, în timp ce punctele din apropierea reazemelor prezintă deplasări înregistrate mai mari. Pentru restul deschiderilor (D2, D3 și D4) săgețile calculate sunt semnificativ mai mari decât cele înregistrate.


53

Figura 8.11. Schema statică a pasajului

Figura 8.12. Deformata pasajului corespunzătoare schemei 1 de încărcare




54

Diferențele apărute în cadrul schemei 2 de încărcare nu păstrează aceleași caracteristici ca în cazul schemei 1 (Figura 8.16.). Astfel, în cadrul deschiderii încărcate D2, valorile înregistrate

în câmp sunt mai mari decât cele calculate, excepție făcând punctul din stânga secțiunii centrale unde valoarea calculată este mai mare. Pentru D4, a doua deschidere încărcată, variația se modifică, deplasările calculate pentru punctele din câmp (34 - 37) fiind mai mari decât cele

înregistrate. Un caz excepțional se identifică pentru punctul 36 unde cele două valori sunt egale.

În restul deschiderilor deplasările calculate sunt mai mari decât cele înregistrate.

Schema 3 de încărcare prezintă caracteristici asemănătoare celorlalte două (Figura 8.17.).

Astfel, pentru deschiderile încărcate (D3 și D5) valorile maxime ale deplasărilor variază, fiind mai mari cele calculate decât cele înregistrate în câmp (punctele 22 – 28 pentru D3 și 43 – 47

pentru D5). Raportul se inversează în punctele dinspre reazeme, fiind mai mari cele înregistrate.

Cu toate acestea, diferențele dintre cele 2 valori corespunzătoare unui punct nu sunt alarmante,

cea mai mare diferență fiind de 7,4%. Pentru deschiderile neîncărcate tiparul prezent în schemele

1 și 2 de încărcare se păstrează, deplasările calculate fiind mai mari decât cele înregistrate.

8.6.4. Rezultatele înregistrate în timpul încercărilor în regim dinamic

Încercările în regim dinamic au avut loc în 2 secțiuni caracteristice ale structurii, așa cum a fost menționat în punctul 8.5.2. al prezentului capitol. Astfel, au fost determinate frecvențele structurii și perioadele corespunzătoare pentru fiecare încercare, valorile medii ale tuturor determinărilor, ce caracterizează comportamentul structurii, fiind prezentate în Tabelul 8.1.

Au fost efectuate mai multe serii de măsurători, numărul lor fiind diferit pentru fiecare deschidere supusă încercării. Datele au fost captate în timp real de la cele 2 accelerometre montate pe fiecare deschidere monitorizată.

Primele încercări dinamice au vizat deschiderea D1. Astfel, pentru a spori credibilitatea

datelor înregistrate și pentru a elimina orice posibilă eroare au fost efectuate mai multe treceri consecutive ale vehiculului de probă peste pragul de lemn. Aceste treceri au fost împărțite în 2

categorii, în funcție de banda vizată.

În urma prelucrării datelor, utilizându-se programele dedicate LabVIEW și DIAdem, au fost determinate atât modurile de variație a frecvențelor în timpul încercărilor, cât și spectrele de putere. Pentru exemplificare se prezintă diagramele înregistrate în cazul a 2 treceri, acestea fiind

considerate cele mai reprezentative pentru deschiderea studiată. Astfel, au rezultat diagramele prezentate în Figurile 8.18. – 8.21., corespunzătoare încercării nr 4. Diagramele trasate cu linie

roșie corespund accelerometrului dispus în centrul deschiderii, în secțiunea încercată, pe când cele trasate cu linie albastră, celui montat la 5,20 m de primul. De asemenea, au fost analizate și diagramele înregistrate în cadrul încercării nr. 5, acestea fiind prezentate în Figurile 8.22 – 8.25.


55

Figura 8.15. Comparație între deformatele determinate pe cale teoretică și experimentală corespunzătoare schemei 1 de încărcare




56

Tabelul 8.1. Valorile medii ale frecvențelor și perioadelor înregistrate pentru pasajul Octav Băncilă

Nr. mod de

vibrație

Frecvența [Hz]

Perioada

[sec]

Nr. mod de

vibrație

Frecvența [Hz]

Perioada

[sec]

1 0,528903 1,890700 26 4,083810 0,244869

2 0,648329 1,542422 27 4,244596 0,235593

3 0,705402 1,417627 28 4,338705 0,230483

4 0,716699 1,395283 29 4,629732 0,215995

5 0,903783 1,106457 30 4,649182 0,215091

6 0,911218 1,097430 31 4,678157 0,213759

7 1,349178 0,741190 32 4,825530 0,207231

8 1,456101 0,688764 33 4,900559 0,204058

9 1,802864 0,554672 34 5,177246 0,193152

10 1,939241 0,515664 35 5,241305 0,190792

11 2,023711 0,494140 36 5,386603 0,185645

12 2,071817 0,482667 37 5,402604 0,185096

13 2,138089 0,467706 38 5,534263 0,180692

14 2,198383 0,454879 39 5,703853 0,175320

15 2,378028 0,420515 40 5,796629 0,172514

16 2,569598 0,389165 41 5,934857 0,168496

17 2,649071 0,377490 42 6,317562 0,158289

18 2,990848 0,334353 43 6,418069 0,155810

19 3,094420 0,323162 44 6,661643 0,150113

21 3,251722 0,307529 46 6,915645 0,144599

22 3,391723 0,294635 47 6,925220 0,144399

23 3,416975 0,292656 48 7,245720 0,138012

24 3,844865 0,260087 49 7,302980 0,136930

25 3,850465 0,259708 50 7,369009 0,135703

Figura 8.18. Accelerograma corespunzătoare senzorului din centrul deschiderii D1 înregistrată

în cadrul încercării nr. 4

Figura 8.19. Spectrul de putere corespunzător senzorului din centrul deschiderii D1 înregistrat



57

Figura 8.20. Accelerograma corespunzătoare senzorului de la 5,20 m de centrul deschiderii D1

înregistrată în cadrul încercării nr. 4

Figura 8.21. Spectrul de putere corespunzător senzorului de la 5,20 m de centrul deschiderii D1

înregistrat în cadrul încercării nr. 4

Figura 8.22. Accelerograma corespunzătoare

senzorului din centrul deschiderii D1 înregistrată în cadrul încercării nr. 5



Figura 8.24. Accelerograma corespunzătoare senzorului de la 5,20 m de centrul deschiderii D1

înregistrată în cadrul încercării nr. 5



Analizând datele obținute în urma prelucrării înregistrărilor provenite de la toate cele 8 treceri ale vehiculului de probă peste pragul de lemn a fost stabilit un interval de variație al frecvențelor proprii ale structurii (2,5 Hz – 3,5 Hz). În același timp, decrementele logaritmice ale amortizării prezintă un interval de variație mult mai restrâns, fiind cuprinse între 0,2436 și 0,4146.

De asemenea, în timpul realizării încercărilor dinamice, specialiștii prezenți în amplasament au realizat o analiză preliminară a mișcării structurii, mai ales prin metodă vizuală. Astfel, a fost observată atenuarea oscilațiilor într-un timp scurt, caracteristică ce reprezintă un avantaj pentru structura monitorizată.

Utilizându-se aceleași programe de prelucrare a datelor au fost calculate frecvențele caracteristice ale structurii și modurile lor de variație în timpul încercărilor, alături de spectrele de putere corespunzătoare. Pentru exemplificare, în cadrul acestui capitol, au fost

prezentate diagramele înregistrate în decursul a 2 dintre trecerile efectuate. Astfel, pentru

încercarea 4 a acestei deschideri au rezultat diagramele prezentate în Figurile 8.26. – 8.29.,

legenda necesară explicării culorilor diagramelor rămânând neschimbată. De asemenea, se

prezintă și datele înregistrate în cadrul încercării nr. 5 în cadrul Figurilor 8.30. – 8.33. Valorile

frecvențelor și a perioadelor corespunzătoare modurilor de vibrație analizate au fost prelucrate și prezentate in Tabelul 8.1.


58

Figura 8.26. Accelerograma corespunzătoare senzorului din centrul deschiderii D3 înregistrată





senzorului de la 5,20 m de centrul deschiderii D3 înregistrată în cadrul încercării nr. 4




senzorului din centrul deschiderii D3 înregistrată în cadrul încercării nr. 5




senzorului de la 5,20 m de centrul deschiderii D3 înregistrată în cadrul încercării nr. 5



Și în acest caz au fost efectuate observații vizuale în timpul încercărilor dinamice, observații ce au vizat analiza critică a mișcărilor structurii și a oscilațiilor acesteia. Astfel, s-a

constatat o atenuare rapidă a acestor miscări, rezultând o comportare optimă a structurii în exploatare.

8.7. Concluzii

Structura mixtă oțel-beton a pasajului suprateran Octav Băncilă din municipiul Iași a

fost supusă încercărilor nedistructive în momentul finalizării lucrărilor de execuție, cu scopul

verificării siguranței oferite utilizatorilor și a execuției conform proiectului. Astfel, au fost realizate o serie de teste statice și dinamice pentru a caracteriza comportamentul structurii în

exploatare.


59

În urma testelor efectuate în regim static s-a constatat o concordanță satisfăcătoare

între valorile deplasărilor calculate în etapa de proiectare a pasajului și cele înregistrate asupra

structurii reale. Această concluzie probează faptul că rigiditatea suprastructurii analizate este una corespunzătoare. Astfel, se poate garanta o exploatare eficientă, neexistând niciun pericol notabil în utilizarea structurii.

De asemenea, în timpul încercărilor nu au fost înregistrate săgeți remanente ale structurii. A fost demonstrat, în acest mod, stabilitatea crescută a pasajului și capacitatea acestuia de a susține traficul în zonă pentru o durată de viață îndelungată.

În timpul măsurătorilor dinamice a fost observată atenuarea rapidă a vibrațiilor, caracteristică definitorie a structurii ce asigură prevenirea apariției și, după caz, extinderea

degradărilor cauzate de vibrații. Totodată, datele provenite din încercările dinamice au un rol puternic în implementarea sistemelor moderne de urmărire a comportării în timp a podurilor, fiind utilizate ca date de referință.

Rezultatele determinate pe baza încercărilor descrise în cadrul acestui capitol au fost

înmagazinate sub forma unei baze de date moderne privitoare la comportamentul real al

structurii și a stării tehnice a ei. Astfel, ori de câte ori va fi necesară calcularea nivelului de

degradare a structurii sau verificarea siguranței acesteia, personalul responsabil cu întreținerea ei va realiza o serie de teste, mai ales dinamice, determinând deplasările (în cazul testelor statice), frecvențele proprii și perioadele. Aceste valori vor fi comparate cu cele inițiale (prezentate în cadrul acestui capitol), fiind evidențiate orice modificări ce implică prezența

sau extinderea degradărilor.

Conform pașilor de implementare a MECD, structura pasajului Octav Băncilă se

încadrează în Starea Tehnică Bună, respectiv în Treapta 0 de alertare – Alertă Verde.

STUDIU DE CAZ PRIVIND APLICAREA METODOLOGIEI DE EVALUARE ÎN CONCEPT DINAMIC LA O STRUCTURĂ AFLATĂ ÎN EXPLOATARE

60

Capitolul 9

STUDIU DE CAZ PRIVIND APLICAREA

METODOLOGIEI DE EVALUARE ÎN CONCEPT DINAMIC LA O STRUCTURĂ AFLATĂ ÎN EXPLOATARE

9.1. Introducere

Capitolul 9 prezintă pașii de implementare a MECD pentru evaluarea unei structuri aflate

în exploatare (Podul Șcheia, jud. Iași). În prezent, personalul responsabil cu realizarea inspecției nu beneficiază de date provenite din momentul deschiderii traficului, care să caracterizeze comportamentul dinamic al structurii nedegradate. În scopul suplinirii acestor date s-a realizat o

modelare numerică cât mai apropiată de cazul real, pe baza căreia s-au determinat caracteristicile

dinamice. În cuprinsul capitolului se exemplifică metoda în care a fost modelată structura, incluzând și modelările unor defecte importante (pe baza informațiilor colectate din literatura de

specialitate – Eyupgiller et al., (2017)). De asemenea, se prezintă modalitatea de instrumentare a

podului și datele colectate in-situ.

9.2. Prezentarea generală a podului

Structura este amplasată în estul României, în județul Iași, în apropierea localității Șcheia și asigură continuitatea drumului național DN 28 în dreptul traversării râului Siret, la kilometrul

6+957. Podul Șcheia are o importanță deosebită pentru administrator datorită specificului

drumului național deservit, ce face parte din traseul drumului european E 583.


61

Structura a fost construită în anul 1956. Asupra podului Șcheia s-au executat, în anul

2002, lucrări extinse de reabilitare, ce au vizat în principal consolidarea infrastructurilor. În anul

2015 au fost executate cele mai recente lucrări de întreținere periodică, acordându-se o atenție deosebită elementelor componente ale căii.

În secțiune longitudinală (Figurile 9.1. şi 9.2.), podul prezintă 4 deschideri cu lungimi diferite (50,35 m + 60,00 m + 60,00 m + 50,35 m), rezultând astfel o lungime totală de 236,90 m.

Structura de rezistență este mixtă, oțel-beton, iar schema statică este de tip grindă continuă. Pe structură au fost dispuse 23 de rosturi de dilatație, dintre care 2 rosturi principale, pe cele 2 culei, ce permit deplasarea întregii structuri și 21 rosturi intermediare, amplasate doar la nivelul plăcii (Scutaru et al., 2018 a, b).

Figura 9.1. Secțiune longitudinală

Figura 9.2. Vedere laterală

Analizând componența podului din punct de vedere al modului de deservire al traficului,

se pot identifica 2 benzi de circulație, câte una pentru fiecare sens, și 2 trotuare (Figura 9.3.).

Lățimea totală a părții carosabile este de 7,44 m, iar trotuarele au o lățime de 0,85 m fiecare, principalul rol fiind tehnic. Astfel, lățimea totală, măsurată între fețele interioare ale parapetului,

însumează 9,52 m.

Suprastructura podului (Figura 9.3.) este alcătuită din două grinzi metalice continue, cu

inimă plină, pe care reazemă la partea superioară o placă din beton armat. Podul Șcheia se diferențiază de restul podurilor cu structură mixtă din România prin lipsa conlucrării dintre grinzile metalice și placa din beton armat.

Secțiunea transversală este de tip dublu T, cu inimă plină, și înălțime constantă de 2.400

mm, iar distanța inter ax, măsurată în plan transversal, este de 7,00 m. Pentru a susține rezistența și stabilitatea structurii, între cele 2 grinzi metalice au fost amplasați 4 lonjeroni formați din grinzi metalice de tip dublu ”T” cu o înălțime totală de 1.200 mm. În secțiune transversală, lonjeronii sunt dispuși la o distanță inter ax de 1,75 m. Totodată, stabilitatea structurii este

asigurată și de solidarizarea grinzilor în plan transversal prin intermediul antretoazelor scurte.


62

Acestea elemente sunt realizate din profile metalice laminate cu înălțimea constantă de 1.000

mm și sunt asamblate cu nituri. Dispunerea este realizată la distanțe egale de 6,00 m inter ax, în

lungul podului.

Figura 9.3. Secțiunea transversală a podului

Platelajul din beton armat prezintă o grosime variabilă în sens transversal pentru a asigura

panta părții carosabile. În dreptul axei de simetrie grosimea platelajului este de 35 cm. În lățimea

acestuia sunt incluse și trotuarele pietonale realizate în console de 1,05 m.

Grinzile principale sunt susținute atât de aparate de reazem mobile amplasate pe cele

două culei și pe pilele P1 și P3, cât și de aparate de reazem fixe amplasate pe pila P2.

Infrastructura este alcătuită din două culei masive și trei pile lamelare din beton armat.

Fundațiile au fost realizate conform posibilităților vremii în care a fost construit podul. S-au

utilizat astfel fundații directe, de adâncime, din chesoane cu aer comprimat, cu înălțimi variabile, respectiv 8,10 m pentru fundația pilei P1, 8,40 m pentru pila P2 și 8,75 m pentru pila P3.

Din punct de vedere al stării tehnice, în momentul actual, indicele IST al structurii,

calculat în urma ultimei expertize din anul 2018, are valoarea 22. Conform acestei valori,

structura este încadrată în clasa tehnică IV (Stare nesatisfăcătoare cu structura de rezistență a podului aflată într-o stare avansată de degradare).

9.3. Conceperea modelului numeric pentru structura podului

Prima etapă a studiului experimental constă în determinarea caracteristicilor dinamice

modale ale structurii mixte oțel-beton a podului Șcheia. Întrucât schema statică a structurii este de tip grindă continuă cu 4 deschideri, s-a decis conceperea unui model numeric 3D complet. De

altfel, modelarea caracteristicilor întregului pod, fără definirea condițiilor de simetrie, permite

caracterizarea interfețelor de tip grindă-placă (cu sau fără conlucrare) și stabilirea condițiilor de rezemare pentru orice tip de configurație impusă în cadrul analizei modale.

Modelul numeric 3D utilizat în această etapă a fost conceput pe baza caracteristicilor

mecanice inițiale ale materialelor, fără a se simula degradări la nivelul elementelor structurale.


63

Acest caz corespunde stării tehnice a podului din momentul deschiderii circulației. Analiza

numerică în starea ideală este necesară datorită lipsei datelor privitoare la comportamentul

dinamic al structurii din momentul inițial.

Analiza numerică a podului a fost realizată utilizând programul de calcul cu element finit SAP. Condițiile de rezemare au fost definite în raport cu particularitățile constatate în

amplasament (Figura 9.4.). Astfel, s-au blocat deplasările pe toate direcțiile în dreptul pilei P2, iar în restul cazurilor au fost permise rotirile și deplasările doar pe direcția X.

Figura 9.4. Modelul numeric al podului

9.4. Răspunsul dinamic al structurii determinat pe baza analizei

numerice

9.4.1. Scenariul nr 1 - Analiza modală a structurii în cazul în care există

conlucrare

În acest subcapitol se prezintă succint rezultatele analizei modale a structurii, determinate

pe baza MEF, în cazul în care există conlucrare între elementele principale de rezistență a podului, respectiv între grinzile metalice și platelajul de beton armat. Conlucrarea s-a considerat

într-un număr restrâns de puncte. S-a utilizat acest raționament cu scopul de a modela situația reală din amplasament, unde, deși nu sunt dispuse elemente de legătură, se dezvoltă forțe de frecare datorită forțelor gravitaționale. Datorită importanței structurii, au fost determinate

primele 4 moduri de vibrație, acestea fiind și cele mai accesibile moduri de determinat de către administratorii structurilor, în urma analizelor in-situ.

Valorile frecvențelor, a perioadelor și a pulsațiilor sunt listate în Tabelului 9.1., pe când

în Tabelul 9.2. se prezintă valorile maxime și minime ale deplasărilor corespunzătoare fiecărui mod de vibrație analizat. De asemenea, în Figurile 9.5 – 9.8 sunt ilustrate modurile de deformație a structurii (cazul cu conlucrare), indicându-se valorile deplasărilor în cele mai importante puncte.

Conform Figurii 9.5. în modul 1 de vibrație, corespunzător unei frecvențe de 1,3054 Hz,

sunt înregistrate deplasări atât la nivelul plăcii de beton, cât și a grinzilor metalice. Aceste

deplasări probează faptul că ambele elemente structurale lucrează simultan. Deschiderile cu


64

deformații maxime sunt D2 și D3, având însă semne contrare. Acest fenomen apare ca urmare a dispunerii reazemului fix pe pila P2, între cele 2 deschideri.

Tabelul 9.1 Caracteristicile dinamice ale structurii (cazul în care există conlucrare)

Modul de vibraţie Frecvenţa [Hz] Perioada [secunde] Pulsația [rad/sec]

1 1.3054 0,7660 8,2024

2 1,7285 0,5785 10,8603

3 2,2043 0,4537 13,8498

4 2,4961 0,4006 15,6839

Figura 9.5. Deformata structurii în modul 1 de vibrație

Corespunzător frecvenței de 1,7285 Hz, respectiv perioadei de 0,5785 sec, modul 2 de

vibrație prezintă deformata ilustrată în Figura 9.6. După cum se poate observa, deschiderile D1

și D4 se deformează în același sens, pe când deschiderile D2 și D3 se deformează în sens contrar. Cu toate acestea, valorile deplasărilor sunt aproximativ egale pentru deschiderile care se deformează în același mod.


Modul 3 de vibrație corespunde frecvenței de 2,2043 Hz, respectiv perioadei de 0,4537

sec (Figura 9.7.). Deformata prezintă deplasări negative pe direcție verticală pentru deschiderile D1 și D2, și deplasări pozitive pentru deschiderile D3 și D4. O caracteristică a deformatei acestui mod de vibrație este reprezentată de valoarea maximă a deplasării (48,2 mm) ce se înregistrează în mijlocul deschiderii D1. În cazul deschiderii D2, deplasările sunt de același sens cu D1, dar valorile maxime ale acestora reprezintă doar 50% din cele înregistrate în cazul precedent. Astfel,

în centrul deschiderii, în secțiunea cea mai solicitată, se înregistrează o deplasare pozitivă, pe verticală, de 22,7 mm, valoare ce se menține constată și în cazul grinzilor metalice.


65


În deschiderile D3 și D4, deplasările sunt de semn contrar (Figura 9.7.), distincte ca

valoare absolută. Săgeata din centrul deschiderii D3, înregistrată la nivelul plăcii de beton este de

22,7 mm. Această valoare rămâne constantă și la limita tălpilor inferioare. În deschiderea D4

valorile deplasărilor sunt similare cu cele determinate în deschiderea D1 dar diferă sensul

acestora. Astfel, în centrul deschiderii D4 este înregistrată o deplasare pozitivă pe verticală de 48,2 mm, la nivelul plăcii de beton. În cazul grinzilor metalice, valoarea deplasărilor rămâne

constantă, ceea ce demonstrează faptul că elementele principale de rezistență lucrează într-o

conlucrare perfectă.

Ultimul mod de vibrație studiat, cel de-al 4-lea (Figura 9.8.) corespunde frecvenței de

2,4961 Hz, respectiv perioadei de 0,4006 sec. Deformata structurii prezintă deplasări relativ egale, comparabile ca ordin de mărime cu cele determinate în cazurile precedente. În acest caz,

în toate cele 4 deschideri se înregistrează, concomitent, deplasări în același sens, în secțiunile centrale.

Figura 9.8. Modul 4 de vibrație

Deplasările maxime sunt înregistrate în secțiunile centrale: 37,5 mm pentru deschiderea

D1, 39,1 mm pentru deschiderea D2, 39,1 mm pentru deschiderea D3 și 39,1 mm pentru

deschiderea D4.

În Tabelul 9.2 se prezintă valorile deplasărilor maxime și minime înregistrate în cele 4 moduri de vibrație. Se poate observa faptul că toate deplasările se dezvoltă pe direcție verticală, fiind demonstrat astfel rolul conlucrării totale între grinzile metalice și placa de beton.

Tabelul 9.2 Valorile maxime și minime ale deplasărilor pentru cazul cu conlucrare

Modul de vibrație Deplasarea minimă [mm] Deplasarea maximă [mm]

1 -43,433 (pe axa Z) +43,438 (pe axa Z)

2 -38,722 (pe axa Z) +34,972 (pe axa Z)

3 -49,323 (pe axa Z) +49,323 (pe axa Z)

4 -0,941 (pe axa Z) +39,334 (pe axa Z)


66

9.4.2. Scenariul nr 2 - Analiza modală a structurii fără conlucrare în deschiderea D2

Scenariul al 2-lea al analizei modale se referă la cazul în care conlucrarea dintre grinzile

metalice și placa din beton armat este prezentă pe deschiderile D1, D3 și D4. Pentru acest

scenariu au fost determinate primele 4 moduri de vibrație.

Valorile frecvențelor, perioadelor și pulsațiilor sunt prezentate în Tabelul 9.3. În Tabelul

9.4 sunt listate valorilor maxime și minime ale deplasărilor înregistrate pentru fiecare mod de

vibrație analizat.

Tabelul 9.3. Caracteristicile dinamice ale structurii (cazul în care nu există conlucrare în D2)

Modul de vibraţie Frecvenţa [Hz] Perioada [secunde] Pulsația [rad/sec] 1 1.2079 0,8279 7,5895

2 1,6191 0,6176 10,1732

3 2,0732 0,4824 13,0261

4 2,1752 0,4597 13,6673

Modul 1 de vibrație (Figura 9.9.) corespunde frecvenței de 1,2079 Hz, respectiv

perioadei de 0,8279 secunde. În comparație cu datele înregistrate în Scenariul 1, se poate

constata o scădere de aproximativ 0,1 Hz a frecvenței și o creștere de 0,0619 secunde a perioadei. Deși au fost eliminate legăturile dintr-o deschidere, deformata nu prezintă modificări semnificative ca alură. Deplasările maxime sunt înregistrate în deschiderea D2 (54,5 mm) asupra

căreia s-a intervenit prin eliminarea legăturilor dintre grinzi și placa de beton. În deschiderile învecinate deplasările sunt negative, în timp ce în deschiderea D4 se înregistrează deplasări de același sens cu D2, dar semnificativ mai scăzute ca valoare absolută


Al 2-lea mod de vibrație este înregistrat la frecvența de 1,6191 Hz și perioada de 0,6176

secunde, și prezintă deformata ilustrată în Figura 9.10. Deschiderile D2 (cea fără conlucrare) și D3 înregistrează deplasări de același sens (pozitiv), în timp ce în deschiderile marginale deplasările sunt de semn contrar (negative). Valorile corespunzătoare deplasărilor dezvoltate în

același sens prezintă variații nesemnificative. Astfel, pentru deschiderea D2 deplasare maximă este de +41,4 mm, în timp ce valorile maxime pentru întreaga structură sunt înregistrate la mijlocul deschiderii D3. Deschiderea D2 este solicitată și la torsiune. Deschiderile D1 și D4 prezintă deplasări negative, în D4 valoarea acestora fiind mai mare (-36,6 mm) față de D1 (-29,1

mm).


67



secunde. Aceste valori sunt similare cu cele înregistrate în modul 3 de vibrație corespunzător scenariului 1. Se constată că eliminarea legăturilor din deschiderea D2 nu induce modificări semnificative la alura deformatei (Figura 9.11). Astfel, în deschiderile D1 și D2 se înregistrează deplasări negative, în timp ce în D3 și D4 se înregistrează deplasări pozitive. Valorilor

deplasărilor în dreptul reazemelor fixe ale grinzii nu corespund celor determinate în scenariile

anterioare. Deplasarea maximă a întregii structuri este înregistrată în deschiderea D4 (+61,4

mm). Deplasarea maximă în deschiderea D3 (+28,8 mm) este diminuată cu aproximativ 50% comparativ cu deplasarea maximă a structurii. În deschiderea D2, valorile deplasărilor sunt reduse în valoare absolută, apropiindu-se de 0. Deplasările maxime în deschiderea D1 scad

considerabil față de cele determinate în cadrul modului 3 de vibrație din scenariul anterior.


Ultimul mod de vibrație analizat, cel de-al 4-lea, prezintă o deformată distinctă de cele

determinate anterior (Figura 9.12). Frecvența și perioada înregistrate în acest caz sunt 2,1752 Hz,

respectiv 0,4597 secunde. Principalele deformații se pot observa în deschiderea D2 și sunt

datorate torsiunii. În deschiderile D1 și D3 s-au înregistrat rotirile datorate torsiunii, pe când în

deschiderea D4 s-au înregistrat deplasări pe direcție verticală.


Cele mai mari valori ale deplasărilor sunt înregistrate în deschiderea D2. Centrul

deschiderii D2 se deplasează cu +89,5 mm în partea dreaptă a structurii. În partea stângă, la nivelul grinzii trotuarului, deplasările maxime sunt de -85,4 mm. În deschiderea D1 valoarea

maximă a deplasărilor este mai mică comparativ cu cele înregistrate în deschiderile învecinate (aproximativ 22,5 mm). Deplasarea minimă este înregistrată în deschiderea D3 (-6,5 mm).

În Tabelul 9.4. se prezintă valorile maxime și minime ale deplasărilor înregistrate în cele

4 moduri de vibrație analizate. Se poate observa o distribuție uniformă a valorilor în primele 3 moduri de vibrație. Însă, valorile maxime ale deplasărilor cresc cu un gradient pronunțat, în cazul

modului 4, odată cu apariția torsiunii.


68

Tabelul 9.4 Valorile maxime și minime ale deplasărilor

Modul de vibrație Deplasarea minimă

[mm]

Deplasarea maximă [mm]

1 -35,8 (pe axa Z) +54,5 (pe axa Z)

2 -36,6 (pe axa Z) +43,2 (pe axa Z)

3 -33,8 (pe axa Z) +62,0 (pe axa Z)

4 -89,8 (pe axa Z) +115,1 (pe axa Z)

9.4.3. Scenariul nr 3 - Analiza modală a structurii fără conlucrare în deschiderile D2 și D3

Pentru al treilea scenariu prezentat au fost eliminate legăturile dintre placa de beton armat și grinzile metalice pe deschiderile D2 și D3. Valorile frecvențelor, perioadelor și pulsațiilor sunt

prezentate în Tabelul 9.5. În Tabelul 9.6 se centralizează valorile deplasărilor maxime și minime pentru fiecare mod de vibrație. Deformatele structurii determinate în acest scenariu sunt

prezentate în Figurile 9.13 – 9.16.

Tabelul 9.5. Caracteristicile dinamice ale structurii (cazul în care nu există conlucrare în D2 și D3)

Modul de vibrație Frecvența [Hz] Perioada [secunde] Pulsația [rad/sec] 1 1,2632 0,7916 7,9372

2 1,5262 0,6561 9,5769

3 1,9989 0,5003 12,5593

4 2,1263 0,4703 13,3600

Modul 1 de vibrație (Figura 9.13.) corespunde frecvenței de 1,2632 Hz, respectiv

perioadei de 0,7916 secunde. Comparativ cu scenariul anterior se constată creșterea frecvenței și diminuarea perioadei. În urma eliminării legăturilor din deschiderea D3, se observă apariția torsiunii în deschiderile D2 și D3. Deschiderile D1 și D4 înregistrează doar deplasări pe direcția verticală cu puncte de maxim în centru.


Deplasările maxime sunt înregistrate în deschiderile în care nu sunt dispuse elemente de

conlucrare. Astfel, în deschiderea D2, cea mai mare deplasare se regăsește în partea dreaptă a structurii (+54,8 mm). În aceeași secțiune transversală a deschiderii se înregistrează și deplasarea

minimă (+26,9 mm). În deschiderea D3 este, de asemenea, întâlnită torsiunea, dar în sens opus

deschiderii D2. Astfel, deplasarea maximă datorată torsiunii (-36,1 mm) este înregistrată în

centrul deschiderii, în extremitatea stângă. În cadrul aceleiași secțiuni transversale, în


69

extremitatea dreaptă, se înregistrează și deplasarea maximă pentru întreaga structură (-59,6 mm).

Comparând deformata deschiderii D3 cu cea determinată în cadrul Scenariului 1 se constată că

deplasările sunt de semn contrar. În deschiderea D1 se înregistrează deplasări exclusiv negative, având valori maxime în centrul deschiderii (-15,2 mm – stânga și -17,9 mm - dreapta). În cazul

deschiderii D4, valoarea deplasării maxime din partea stângă a structurii atinge +18,4 mm, pe când în partea dreaptă, la nivelul grinzii parapetului este de +20 mm.

Modul 2 de vibrație (Figura 9.14) corespunde frecvenței de 1,5242 Hz, respectiv

perioadei de 0,6561 secunde. Deschiderile D1 și D4, cele la care se păstrează elementele de legătură, dezvoltă deplasări negative, de semn contrar față de D2 și D3. Suplimentar, față de Scenariul precedent, structura este solicitată la torsiune în toate cele 4 deschideri.


La nivelul deschiderii D2 (fără conlucrare), deplasarea înregistrată în extremitatea stângă a secțiunii transversale este de +41,6 mm, în timp ce în punctul simetric față de planul din axul

structurii, deplasarea crește până la +51,6 mm. Pentru deschiderea D3 torsiunea se dezvoltă în sens invers și valorile deplasărilor sunt mai reduse față de cazul precedent (+39,8 mm partea stângă și +39,3 mm partea dreaptă). În deschiderile D1 și D4 deplasările sunt negative, iar

solicitarea de torsiune este mai puțin pronunțată. În deschiderea D1 cele mai mari deplasări în

valoare absolută se înregistrează în centru (-30,3 mm partea stângă și -31,6 mm partea dreaptă).

Pentru D4, valorile deplasărilor sunt diminuate și ating maximele absolute în partea stângă

(-24,2 mm) și în partea dreaptă (-23,8 mm).

Modul 3 de vibrație (Figura 9.158.) este înregistrat la frecvența de 1,9989 Hz, respectiv

la perioada de 0,5003 secunde. Deplasările induse de torsiune sunt prezente și în acest caz, fiind,

însă, mai pronunțate pe deschiderile fără conlucrare. Deschiderile D1 și D4 prezintă deformate de semn contrar (pozitiv pentru D1 și negativ pentru D4).


Deși deformata este asemănătoare ca alură cu cea determinată pentru modul 1 de vibrație,

valorile deplasărilor înregistrate în modul 3 sunt semnificativ mai mari. Deplasarea maximă pentru deschiderea D2 (+53,7 mm) apare în secțiunea centrală, în partea dreaptă. Simetric față de această poziție, în partea stângă a structurii se înregistrează deplasarea minimă pentru D2 (-41,7


70

mm). Prin diferența semnificativă dintre cele 2 valori se evidențiază torsiunea pronunțată la care

este solicitată deschiderea. În mod similar, deschiderea D3 prezintă o deformată aproximativ

simetrică. Astfel, deplasarea maximă este înregistrată în partea stângă a structurii (+37,6 mm) și scade în aceeași secțiune transversală până la -36,3 mm în partea dreaptă a ei.

Torsiunea poate fi observată și în deschiderea D1. Acest fapt este pus în evidență prin valorile deplasărilor (+50 mm stânga și +29 mm dreapta). Totuși, deplasarea maximă în partea dreaptă (+29,1 mm) se înregistrează într-o secțiune diferită. În cazul deschiderii D4, în

extremitățile secțiunii centrale, sunt înregistrate deplasări variabile, diferența dintre ele fiind mai mică decât în cazul deschiderii D1 (-47,6 mm stânga și -33,2 mm dreapta).

Modul 4 de vibrație este înregistrat la frecvența de 2,1263 Hz, respectiv perioada de

0,4703 secunde (Figura 9.16). Și în acest caz este întâlnită torsiunea, mult mai pronunțată pentru

deschiderile fără conlucrare. Semnul deplasărilor se menține contrar între deschiderile adiacente.


În deschiderile D2 și D3 (fără conlucrare) sunt înregistrate deplasările maxime. Acestea

variază în punctele extreme ale aceleiași secțiuni transversale, aspect datorat torsiunii. Astfel, în

cazul deschiderii D2, deplasarea maximă din secțiunea centrală de la nivelul grinzii trotuarului din partea dreaptă este de +25,9 mm. În același timp, în partea stângă este înregistrată o deplasare de semn contrar (-34,6 mm). În cazul deschiderii D3 se înregistrează o deplasare maximă de -18 mm în centrul deschiderii, în extremitatea dreaptă. După cum se poate observa, în

acest caz, deplasarea este de semn opus celei determinate în deschiderea D2. Mai mult, valoarea

deplasării pentru extremitatea stânga a secțiunii centrale (+91,6 mm) este semnificativ mai mare

comparativ cu cele determinate în toate cazurile anterioare.

Deplasările înregistrate de-a lungul deschiderii D1 prezintă variații nesemnificative. În

partea dreaptă deplasarea maximă (3,7 mm) apare în dreptul celei de-a 8-a antretoaze. În partea

stângă, deplasările ating valoarea maximă de +13,5 mm în dreptul antretoazei a 5-a. În

deschiderea D4 se înregistrează deplasări mai mari față de cele determinate în deschiderea D1.

Astfel, valoarea maximă a deplasărilor în partea dreaptă este +58,5 mm și în partea stângă +44

mm.

În Tabelul 9.6 sunt centralizate valorile deplasărilor maxime și minime înregistrate în

toate cele 4 moduri de vibrație analizate. După cum se poate observa valorile sunt descompuse


71

după 3 direcții, două în plan și una normală. Prin această abordare se evidențiază răspunsul la torsiune al structurii.

Tabelul 9.6 Valorile maxime și minime ale deplasărilor structurii în funcție de modul de vibrație al podului

Modul de

vibraţie

Deplasarea minimă [mm] Deplasarea maximă [mm] X Y Z X Y Z

1 -0,506 -7,664 -63,194 +7,034 +6,308 +60,150

2 -4,758 -2,273 +0,244 +3,925 +1,860 +53,324

3 -3,066 -16,483 -57,260 +8,359 +16,016 +69,222

4 -10,123 -13,155 -35,764 +3,765 +19,207 +91,607

9.4.4. Scenariul nr 4 - Analiza modală a structurii fără conlucrare în deschiderile D1 și D4

În acest scenariu se simulează comportamentul în exploatare a podului Șcheia în cazul în care se elimină legăturile rigide dintre grinzile metalice de rezistență și placa din beton armat doar pe deschiderile D1 și D4.

În Tabelul 9.7. se prezintă valorile frecvențelor, perioadelor și pulsațiilor determinate prin

intermediului programului de analiză SAP2000. De asemenea, în finalul subcapitolului, în

Tabelul 9.8. sunt centralizate deplasările maxime și minime pentru fiecare mod descris.

Tabelul 9.7 Caracteristicile dinamice ale structurii (cazul în care nu există conlucrare în D1 și D4)

Modul de vibrație Frecvența [Hz] Perioada [secunde] Pulsația [rad/sec] 1 1,1972 0,8353 7,5219

2 1,2007 0,8328 7,5443

3 1,2044 0,8303 7,5677

4 1,4747 0,678 9,2656

Primul mod de vibrație înregistrat corespunde frecvenței de 1,1972 Hz, respectiv

perioadei de 0,8353 secunde. Deformata structurii este prezentată în Figura 9.17. În acest caz

deplasările se dezvoltă doar pe direcție verticală.


În deschiderile fără conlucrare, D1 și D4, sunt înregistrate deplasări de semn contrar. Nu

sunt constatate rotiri sau deplasări a plăcii de beton în raport cu grinzile metalice. Valoarea maximă a deplasărilor în deschiderea D1 atinge -28,6 mm, fiind înregistrată în secțiunea centrală. Aceeași valoare este înregistrată și în deschiderea D4, fiind însă de semn contrar. Deplasări de semn contrar sunt înregistrate și în deschiderile la care nu au fost eliminate


72

elementele de legătură (D2 și D3). Valorile maxime ale deplasărilor se regăsesc în secțiunile

centrale ale deschiderilor.

Modul 2 de vibrație corespunde frecvenței de 1,2007 Hz și perioadei de 0,8328 secunde,

valori apropiate de cele determinate pentru primul mod de vibrație. Cu toate acestea, deformata structurii (Figura 9.18) diferă semnificativ comparativ cu cea înregistrată în situația anterioară.

Astfel, singurul element principal de rezistență la nivelul căruia sunt înregistrate deplasări semnificative este placa din beton armat. Întreaga structură metalică vibrează la amplitudini

scăzute, deplasările întâlnite putând fi neglijate (valori maxime nu ating 0,5 mm).


Cele mai mari valori ale deplasărilor sunt întâlnite în deschiderile fără conlucrare. Din

acest punct de vedere atrage atenția axa pe care se dezvoltă aceste deplasări. Dacă în situațiile precedente deplasările principale au fost înregistrate pe direcție verticală (axa Z), în modul 2 de

vibrație ele sunt întâlnite pe axa Y, în sens orizontal, transversal structurii. În cazul deschiderii

D1, deplasarea maximă (-75,9 mm) este înregistrată în punctul extrem, în dreptul rezemării corespunzătoare culeei C1. De asemenea, se observă o ușoară deplasare pe verticală, neglijabilă ca valoare absolută (de ordinul a 10-5 mm). Deplasările orizontale scad în lungimea deschiderii, ajungând la -0,8 mm în dreptul pilei P1. Deplasarea maximă a deschiderii D4 atinge -76,3 mm,

fiind localizată simetric celei întâlnite în deschiderea D1. Și în cazul acestei deschideri

deplasările pe orizontală se atenuează în lungul ei.

În deschiderile D2 și D3 se înregistrează deplasări cu valori restrânse, atât pe direcție verticală (axa Z) cât și pe orizontală (axa Y). Astfel, în centrul deschiderii D2 deplasarea maximă pe verticală este de -5,2 mm, respectiv +1,3 mm pe direcție orizontală. În această deschidere se observă și efectele solicitării de torsiune. Aceeași valoare a deplasării orizontale este întâlnită și în deschiderea D3 (+1,3 mm), însă, în acest caz, deplasarea este mai pronunțată pe verticală (-5,7

mm). Torsiunea poate fi constatată și în D3, deplasarea verticală a părții din stânga a secțiunii centrale fiind mult mai mare și de semn contrat celei din dreapta (+8,4 mm).


secunde, valori apropiate de cele înregistrate în modul 2. Deformata structurii este ilustrată în

Figura 9.19.


73


Analizând deplasările înregistrate la nivelul deschiderilor fără conlucrare, D1 și D4, se constată apariția unor translații orizontale, precum și lipsa deplasărilor verticale și rotirilor. În

cazul deschiderii D1, similar modului de vibrație anterior, deplasarea maximă se înregistrează în dreptul culeei C1 (75,8 mm). Deplasarea pe verticală este neglijabilă (≈ 10-5 mm). În dreptul

aparatelor de reazem corespunzătoare pilei P1, deplasările, atât verticale cât și orizontale, sunt relativ mici, de doar -0,8 mm pentru axa Y (transversal podului) și +0,3 mm pentru axa Z.

Deformata deschiderii D4 prezintă particularități similare cu cea din deschiderea D1. Astfel,

deplasările maxime se înregistrează în puncte simetrice, în secțiunea marginală corespunzătoare culeei C2. Valorile acestor deplasări sunt egale dar de semn contrar (+75,7 mm). Și în acest caz, întreaga secțiune transversală de capăt se deformează unitar. În dreptul pilei P3, în secțiunea de rezemare, se pot identifica deplasările minime ale deschiderii D4.

Deschiderile unde s-au păstrat elementele de conlucrare se deformează diferit, la nivelul

acestora evidențiindu-se solicitarea de torsiune. Pentru deschiderea D2, în secțiunea centrală se înregistrează o valoare a deplasării verticale de -4,4 mm în partea dreaptă și de +9,9 mm în

stânga. Deplasările maxime se identifică în dreptul celei de-a 3-a antretoaze, regiune în care

deplasarea din partea dreaptă atinge -5,6 mm și crește gradual până la +10,7 mm în partea stângă.

În cazul deschiderii D3, deformata prezintă unele similitudini cu D2, dar valorile deplasărilor sunt mai mici. Astfel, în secțiunea centrală, deplasările înregistrate în punctele marginale

prezintă valori diferite. Deși mai redusă ca valoare, deformata maximă atinge +5,6 mm în apropierea antretoazei a 8-a pe direcție verticală, iar punctul corespunzător din partea stângă se

deplasează cu -11 mm pe aceeași direcție.

Ultimul mod de vibrație analizat corespunde frecvenței de 1,4747 Hz, respectiv

perioadei de 0,6781 secunde. Deformata caracteristică acestui mod este prezentată în Figura 9.20. Se poate constata cu ușurință lipsa deplasărilor pe direcție orizontală. În cazul reazemelor

mobile (P1 și P3) se identifică o schimbare a semnelor deplasărilor de pe cele două deschideri

adiacente. Reazemele fixe din dreptul P2 reprezintă puncte a căror deplasări sunt egale cu 0, pe

când în D2 și D3 se înregistrează deplasări negative.



74

Deschiderile D1 și D4, fără conlucrare, prezintă deplasări pozitive. În cazul deschiderii

D1, cea mai mare deplasare pe direcție verticală este identificată în apropierea celei de-a 5-a

antretoaze (+46,7 mm). Deschiderea D4 se deformează în același mod, valorile deplasărilor maxime fiind egale (+46,7 mm) în ambele puncte extreme ale secțiunii transversale din cea de-a

5-a antretoază.

Deschiderile D2 și D3 înregistrează deplasări negative, dar de amplitudini mai mici

comparativ cu cele determinate pentru deschiderile prezentate anterior. În cazul deschiderii D2

deplasarea maximă este de -24,1 mm, fiind înregistrată la mijlocul segmentului cuprins între antretoazele a 4-a și a 5-a, în apropierea secțiunii centrale. În aceeași secțiune transversală, dar în partea stângă, deplasarea este aproximativ egală (-24,4 mm). Același caracteristici sunt întâlnite

și în cazul deschiderii adiacente, D3.

În Tabelul 9.8 se centralizează valorile maxime și minime ale deplasărilor înregistrate în modurile de vibrație analizate. Similar Scenariului nr. 3, și în acest caz se listează deplasările

maxime și minime pentru toate cele 3 direcții. În acest mod, se evidențiază deschiderile solicitate la torsiune și se cuantifică impactului crescut al deplasărilor orizontale constatate în anumite

moduri.

Tabelul 9.8 Valorile maxime și minime ale deplasărilor structurii în funcție de modul de vibrație al podului

Modul de

vibraţie

Deplasarea minimă [mm] Deplasarea maximă [mm] X Y Z X Y Z

1 0 -2,17 -39,73 +8,1 +2,15 +39,73

2 -7,01 -76,26 -9,64 +7,01 +4,57 +9,51

3 -6,87 -76,10 -10,96 +7,10 +75,71 +11,09

4 -4,2 -0,55 -24,41 +4,2 +0,55 +47,04

9.4.5. Scenariul nr 5 - Analiza modală a structurii fără conlucrare

În cadrul Scenariul nr 5 se prezintă și se discută rezultatele analizei modale a structurii, în

cazul în care nu există dispuse elemente de conlucrare între tablierul metalic și placa din beton armat. Respectând același raționament ca în cazurile anterioare, au fost determinate primele 4

moduri de vibrație, putându-se astfel realiza un studiu comparativ asupra celor cinci cazuri.

Tabelul 9.9 Caracteristicile dinamice ale structurii (cazul în care nu există conlucrare)

Modul de vibrație Frecvența [Hz] Perioada [secunde] Pulsația [rad/sec] 1 7.1932E-07 1390201.913 4,51962E-06

2 9.88771E-06 101135.6295 6,21263E-05

3 -1.21314E-05 -82431.033 -7,62235E-05

4 0.705957763 1.416515 4,435663445


75

Valorile frecvențelor caracteristice, a perioadelor și pulsațiilor corespunzătoare sunt prezentate în cadrul Tabelului 9.9. Deformatele structurii corespunzătoare modurilor de vibrație analizate, alături de deplasările semnificative sunt ilustrate în Figurile 9.21 – 9.24.

Conform datelor rezultate în urma analizei modale, în cazul modului 1 de vibrație

(Figura 9.21.), corespunzător frecvenței de 7,19e-7 Hz, sunt înregistrate deplasări doar la nivelul plăcii de beton. Aceste deplasări sunt reprezentate de rotiri în jurul unui singur plan, valorile maxime înregistrându-se în secțiunile de capăt ale modelului.


Modul 2 de vibrație (Figura 9.22.), corespunzător frecvenței de 9,88e-6 Hz, prezintă caracteristici similare cu modul anterior. Cu toate acestea, deși frecvența este de aproximativ 10 ori mai mare, singura componentă a structurii ce înregistrează deformații este placa de beton. Aceste deformații sunt asemănătoare cu cele prezentate anterior (rotiri într-un singur plan).

Diferența principală este reprezentată de secțiunile în care se înregistrează deplasările cu valori extreme. Astfel, în dreptul primei antretoaze, structura înregistrează deplasări maxime,

asemănătoare cazului precedent, dar cu valori semnificativ mai mari (51 mm). În același timp, în

capătul opus, în dreptul ultimei antretoaze, podul nu prezintă deplasări pe direcția Y. Acest aspect conduce la creșterea deplasării maxime cu o valoare direct proporțională cu lungimea structurii.


Modul 3 de vibrație (f = -1,213e-5 Hz) (Figura 9.23.) prezintă o deformată diferită de cele determinate în modurile precedente. Deși structura metalică nu înregistrează deplasări, placa de beton a platelajului lunecă pe suprafața tălpilor superioare a grinzilor, înregistrând deplasări în lungul axei X de 30,7 mm. În acest caz, toate punctele de pe suprafața plăcii prezintă aceeași valoare a deplasării. Modul de față oferă una dintre cele mai clare și sugestive deformate ce

ilustrează impactul dat de lipsa elementelor de conlucrare. În momentul apariției în amplasament a acestor tipuri de deplasări, nu este afectată doar suprastructura, ci alături de aceasta suferă

numeroase tipuri de degradări și zidurile de gardă a infrastructurilor și aparatele de reazem.


76


Ultimul mod de vibrație studiat, cel de-al 4-lea (Figura 9.24.), corespunde unei

frecvențe de 0,70596 Hz, de 104 ori mai mare decât cea înregistrată în cazul precedent. Cu toate

acestea, deplasările sunt înregistrate doar la nivelul plăcii, în planul XOY. Astfel, în dreptul antretoazelor corespunzătoare pilelor P1 și P3 sunt identificate puncte fixe. Valorile maxime ale

deplasărilor sunt întâlnite în extremitățile plăcii (-61,2 mm) și în mijlocul celei de-a doua

deschiderii (37,3 mm).


În cadrul Tabelului 9.10. sunt centralizate deplasările minime și maxime pentru fiecare mod de vibrație analizat. Se constată că în cazul modurilor 1 și 4 deplasările cu valori extreme se află ambele pe axa Y, în sens transversal podului. Modul 2 de vibrație prezintă o situație distinctă, deplasările cele mai mari înregistrându-se pe 2 axe, deplasarea minimă pe axa Y, iar cea maximă pe axa X. În valoare absolută, cea mai mare deplasare este cea corespunzătoare axei Y, în sens longitudinal podului.

Tabelul 9.10 Valorile maxime și minime ale deplasărilor structurii în funcţie de modurile de vibraţie

Modul de vibrație Deplasarea minimă [mm]

Deplasarea maximă [mm]

1 -34.115 (pe axa Y) +61,363 (pe axa Y)

2 -51.095 (pe axa Y) +3,527 (pe axa X)

3 -30,691 (pe axa X) +0

4 -61,184 (pe axa Y) +37,3 (pe axa Y)

În urma analizei datelor prezentate, se constată aportul crescut datorită conlucrării dintre elementele principale de rezistență asupra evoluției stării de degradare. Se poate observa cu

ușurință faptul că, în primele 4 moduri de vibrație, singurul element ce se deformează este placa de beton. După cum rezultă din Tabelul 9.9., există un salt semnificativ între valorile

frecvențelor și cele a perioadelor pentru primelor 3 moduri de vibrație și cel de-al 4-lea.


77

Cu toate acestea, analizând rezultatele înregistrate în primele 3 moduri de vibrație se constată faptul că această abordare prezintă neajunsuri importante. Datele înregistrate certifică faptul că acest scenariu nu poate fi aplicat în practică. Totuși, se subliniază faptul că, deși nu sunt dispuse elemente de legătură între grinzile metalice și placa de beton, un anumit grad de conlucrare există. Acesta se datorează forțelor gravitaționale și de frecare.

9.4.6. Concluzii privitoare la răspunsul dinamic

Analizând rezultatele analizelor numerice ce au vizat structura mixtă oțel-beton a podului

Șcheia se pot formula următoarele concluzii prezentate mai jos. Pentru a facilita procesul de

interpretare a rezultatelor modelărilor numerice, toate datele înregistrate în cadrul celor 5

Scenarii, au fost centralizate în Tabelele 9.11 și 9.12.

- Frecvențele determinate în cele 5 scenarii analizate prezintă o tendință descendentă

(Figura 9.25). Excepția este întâlnită în situația în care nu există dispuse elemente de conlucrare în deschiderile D2 și D3 (Scenariul 3) unde, în modul 1 de vibrație, frecvența crește cu aproximativ 0,06 Hz față de scenariul anterior

- Analizând distribuția perioadelor corespunzătoare celor 4 moduri de vibrație, în toate

Scenariile studiate, se poate observa o creștere continuă, valabilă pentru valorile determinate pentru același mod de vibrație (Figura 9.26.)

Figura 9.25. Variația frecvențelor în funcție de scenariile analizate

- Deformatele structurii prezintă în principal deplasări verticale. Cu toate acestea, în unele cazuri se poate constata prezența torsiunii (în moduri superioare de vibrație – 3

și 4 pentru scenariile studiate), dar și a deplasărilor orizontale

- Cunoașterea domeniului de variație al frecvențelor încă din primele etape ale dezvoltării unui sistem SHM conduce la o selecție optimă a instrumentelor componente ale lanțului de monitorizare a podului

-0.5000

0.0000

0.5000

1.0000

1.5000

2.0000

2.5000

3.0000

1 2 3 4 5

Frec

venț

ele

Scenariile analizate

Modul 1

Modul 2

Modul 3

Modul 4


78

Figura 9.26. Variația perioadelor în funcție de scenariile analizate

Valorile frecvențelor determinate pentru cele 4 moduri de vibrație, în cazul celor 5

Scenarii analizate, au fost utilizate în următoarea etapă a experimentului. În urma analizei

variației deplasărilor au fost selectate elementele componente ale sistemului SHM, respectiv

unitățile de captare a datelor, alături de pozițiile cele mai avantajoase de dispunere a acestora.

Tabelul 9.11 Tabel centralizator a rezultatelor modelărilor numerice

Modul de vibrație

Scenariul

Modul 1 Modul 2 Modul 3 Modul 4

Scenariul 1 (cu

conlucrare)

Frecvență [Hz] 1,3054 1,7285 2,2043 2,4961

Perioadă [secunde] 0,7660 0,5785 0,4537 0,4006

Pulsație [rad/sec] 8,2024 10,8603 13,8498 15,6839

Scenariul 2 (fără conlucrare în D2)

Frecvență [Hz] 1,2079 1,6191 2,0732 2,1753


Pulsație [rad/sec] 7,5895 10,1732 13,0261 13,6673

Scenariul 3 (fără conlucrare în D2

și D3)

Frecvență [Hz] 1,2632 1,5262 1,9989 2,1263


Pulsație [rad/sec] 7,9372 9,5769 12,5593 13,3600

Scenariul 4 (fără conlucrare în D1

și D4)

Frecvență [Hz] 1,1972 1,2007 1,2044 1,4747


Pulsație [rad/sec] 7,5219 7,5443 7,5677 9,2656

Scenariul 5 (fără conlucrare)

Frecvență [Hz] 7.1932E-07 9.88771E-06 -1,21314E-05 0,7060

Perioadă [secunde] 1.390.201,91 101.135,63 -82.431,03 1,4165

Pulsație [rad/sec] 4,5196E-06 6,2126E-05 -7,6224E-05 4,4357

0.3500

0.4500

0.5500

0.6500

0.7500

0.8500

Scenariul 1 Scenariul 2 Scenariul 3 Scenariul 4

Pe

rio

ad

a

Scenariile analizate

Modul 1

Modul 2

Modul 3

Modul 4


79

Tabelul 9.12 Deplasările maxime înregistrate în cadrul analizelor numerice

Scenarii

Mod de vibrație Scenariul 1 Scenariul 2 Scenariul 3 Scenariul 4 Scenariul 5

Modul 1

D1 [mm] +21,3 - -17,9 -28,6 -34,1 (Y)

D2 [mm] -43,1 +54,5 +54,8 +39,6 -12,2 (Y)

D3 [mm] +43,1 - -59,6 -39,6 +39,7 (Y)

D4 [mm] -21,3 - +20,0 +28,6 +61,1 (Y)

Modul 2

D1 [mm] -38,4 -29,1 -31,6 -75,9 (Y) -51,1 (Y)

D2 [mm] +34,8 +30,3 +51,6 -5,2 -39,5 (Y)

D3 [mm] +34,8 +43,6 +39,3 -5,7 -21,5 (Y)

D4 [mm] -38,4 -36,6 -23,8 -76,3 (Y) -3,9 (Y)

Modul 3

D1 [mm] -48,2 -33,7 +29,1 -75,6 (Y) -30,7 (X)

D2 [mm] -22,7 -8,9 +53,7 -5,6 -2,9 (Y)

D3 [mm] +22,7 +28,8 -41,0 +5,6 -2,7 (Y)

D4 [mm] +48,2 +61,4 -33,2 +75,7 (Y) -30,7 (X)

Modul 4

D1 [mm] +37,5 -22,5 +3,7 +46,7 -61,2 (Y)

D2 [mm] +39,1 +89,5 +25,9 -24,1 +37,3 (Y)

D3 [mm] +39,1 -6,5 -18,0 -24,1 +37,3 (Y)

D4 [mm] +37,5 -9,8 +58,5 +46,7 -61,2 (Y)

9.5. Alcătuirea sistemului automat de urmărire a comportării în exploatare a podului

9.5.1. Senzori pentru captarea datelor din amplasament

Sistemul de monitorizare a podului Șcheia constă în 3 unități de captare a datelor, reprezentate de 3 accelerometre uniaxiale, unul produs de către PCB Piezotronics și două de

firma germană Brüel & Kjær.

9.5.1.1.Accelerometru uniaxial Brüel & Kjær

Accelerometrele uniaxiale de tipul 4507 B 001 de la Brüel & Kjær (Figura 9.27) (Fișă tehnică, 2012) sunt instrumente fiabile pentru monitorizarea podurilor, mai ales a celor cu

structură mixtă. Aceste aparate prezintă următoarele caracteristici generale:

- rezistență crescută dată de carcasa din titan și de conectorul din același material, ermetic integrat în corpul accelerometrului

- instalare facilă, indiferent de materialul din care este construită structura

- sensibilitate scăzută la câmpurile electromagnetice

- greutate redusă

- posibilitate de montaj triaxial

- răspuns rapid la frecvențe scăzute

- conexiune ermetică


80

Figura 9.27. Accelerometru uniaxial de tipul 4507 B 001 de la Brüel & Kjær

9.5.1.2.Accelerometru uniaxial PCB Piezotronics

Cel de-al 3-lea accelerometru folosit la sistemul SHM implementat podului Șcheia este produs de către firma PCB Piezotronics și este de tipul 628 F 01 (Figura 9.28.) (Fișa tehnică, 2018).

Figura 9.28. Accelerometru uniaxial de tipul 628 F 01 de la PCB Piezotronics

Senzorii 628 F 01 sunt construiți din cuarț pentru a asigura o rezistență crescută și o stabilitate mărită la varii condiții de mediu. De asemenea, aceste instrumente oferă o durabilitate considerabilă la perturbații externe, fiind proiectate pentru a suporta o gamă largă de frecvențe. Un sistem complet de captare a datelor este compus dintr-un senzor ICP, un cablu de transmitere

a informațiilor și o sursă de curent.

9.5.2. Puntea de achiziție a datelor

Sistemul SHM de monitorizarea a podului Șcheia cuprinde, pe lângă senzorii de captare a datelor, și o componentă hardware de procesare a lor. Această componentă este denumită Punte, și a fost procurată de la firma germană specializată în instrumente de monitorizare a structurilor, Brüel & Kjær.

Puntea aflată în dotarea Facultății de Construcții și Instalații, Iași, face parte din sistemul

de achiziție și procesare a datelor denumit PULSE 3560 B 140 (Fișa tehnică, 2008). Un exemplu

de sistem de procesare a datelor de tipul PULSE este prezentat în Figura 9.29.

Principalele date tehnice, de utilizare a Punții PULSE 3560 B 140 (Figura 9.30.) sunt

descrise în Tabelul 9.13. Cele mai importante caracteristici constructive ale acestui dispozitiv

sunt:

- carcasă robustă și compactă, ce asigură o utilizare zilnică în medii dificile sau în diferite condiții meteorologice extreme

- puntea are o durată de utilizare de 5 ore în mod continuu dacă alimentarea se face doar pe baza bateriilor sau permanent, caz în care trebuie asigurată o sursă de curent


81

- utilizarea silențioasă până la o temperatură ambientală de +35°C

- sincronizarea ușoară cu alte dispozitive de acest tip

- sistemul de răcire poate fi oprit atunci când se impune o utilizare silențioasă

Figura 9.29. Componentele sistemului PULSE de evaluare a podurilor

Tabelul 9.13 Principalele caracteristici ale Punții 3560 B 140

Tipul Numele

produsului

Domeniul

frecvențelor

Canale

auxiliare

Canale

simultane Conexiune

Tipul datelor

de intrare

3560 B 140

Punte de

achiziție a datelor cu 5

canale

0 Hz – 25,6

kHz

16 canale de

intrare și 2 canale de

ieșire

5 canale de

intrare și 1 generator de

ieșiri

BNC

Directe/CCLD

1 unitate care

poate fi

utilizată de către un

tahometru

a. Vedere laterală punte b. Vedere frontală punte

Figura 9.30. Punte PULSE 3560 B 140

Puntea 3560 B 140 prezintă și o componentă dinamică ce asigură captarea datelor în timp

real. Modulul dinamic face parte dintr-o gamă relativ nouă și este prevăzut cu un singur interval

de intrare cuprins între 0 și 10 Vp și o gamă de analiză care depășește 160 dB.

9.6. Dispunerea senzorilor pentru monitorizare

În urma analizei caracteristicilor constructive ale podului Șcheia, respectiv a schemei

statice și a stării existente de degradare, s-a decis instrumentarea celei de-a doua deschidere a


82

structurii, cu lungimea de 60,00 m. Spre deosebire de celelalte deschideri, în acest caz, s-au

identificat degradări cu impact crescut asupra comportării dinamice a structurii în exploatare.

Cea mai importantă degradare este localizată la nivelul rostului de dilatație în secțiunea de la 1/3 din deschidere, în partea stângă a secțiunii centrale.

Senzorii au fost montați la partea superioară a bordurii podului, după cum urmează:

- 1 unitate de uniaxială de tipul 4507 B 001 de la Brüel & Kjær în dreptul secțiunii centrale (Figura 9.31.)

- 1 unitate uniaxială de tipul 4507 B 001 de la Brüel & Kjær la 1/3 din deschiderea

monitorizată, în stânga secțiunii centrale (Figura 9.32.)

- 1 unitate uniaxială de tipul 628 F 01 de la PCB Piezotronics la 1/3 din deschiderea

monitorizată, în dreapta secțiunii centrale (Figura 9.33.)

Figura 9.31. Amplasare senzori în secțiunea centrală a podului

Figura 9.32. Amplasare senzor în secțiunea de la 1/3 stânga a deschiderii monitorizate a podului

Figura 9.33. Amplasare senzor în secțiunea de la 1/3 dreapta a deschiderii monitorizate a podului

Datele au fost înregistrate într-o singură etapă, în data de 06.10.2018. Acestea nu au fost

influențate de temperatura mediului ambiant, consecință a uneia dintre cele mai importante

caracteristici ale sistemului SHM utilizat.


83

9.7. Modul de instalare a senzorilor în secțiunile caracteristice ale podului

Prima etapă a procesului de captare a datelor privitoare la comportarea în exploatare a

podului Șcheia este reprezentată de instrumentarea deschiderii vizate. După identificarea locurilor exacte de instalare a senzorilor, suprafața de instalare a fost pregătită prin curățarea de orice impuritate, conform Figurii 9.34.

Figura 9.34. Curățarea suprafeței de montaj

Următoarea etapă a constat în aplicarea adezivului pe suprafața bordurii și lipirea clipsului special în două din cele trei secțiuni ce urmează a fi instrumentate (Figura 9.35.).

Figura 9.35. Dispunerea clipsurilor de atașare a senzorilor

Etapa a treia a constat în dispunerea accelerometrelor în locurile prestabilite și conectarea

acestora la puntea de captare a datelor (Figura 9.36.).

După ce s-au montat toate accelerometrele, au fost pornite concomitent puntea 3560 B

140 și programul de achiziție a datelor. Pentru această etapă a studiului experimental, înregistrările au început la ora 17:15.

Figura 9.36. Prinderea accelerometrelor pe structura podului

Înregistrările au avut loc sub trafic, colectarea datelor fiind ghidată după principiile prezentate în articolele publicate de către Comisu (2005a, 2005b). Este, astfel, evidențiată trecerea vehiculelor grele care produc vibrații excesive asupra structurii. Aceste vibrații scot în evidență starea de degradare a podului datorată, în special, lipsei conlucrării dintre grinzile

metalice și placa de beton și lipsei lucrărilor de întreținere sau execuției defectuoase a lor.


84

9.8. Analiza datelor înregistrate in-situ în timpul monitorizării

Etapa de monitorizare de scurtă durată a avut loc în data de 06.10.2018 în intervalul orar

17:15 – 18:30.

Datele înregistrate au fost procesate utilizându-se programele dedicate (PULSE LabShop

și ME’scopeVES). Analiza datelor s-a realizat prin metoda Vibration Based Damage Detection

(VBDD). Această metodă prezintă unele particularități ce îi conferă un avantaj remarcabil comparativ cu metodele tradiționale de tip Non-Destructive Evaluation (NDE) (Baneen et al.,

2012). Astfel, metoda VBDD permite detectarea apariției și evoluției oricărui tip de degradare fără a fi necesară cunoașterii apriori a zonelor susceptibile dezvoltării degradărilor. Detecția acestor zone este realizată prin analiza variațiilor caracteristicilor modale (perioada, frecvența și pulsația), mai exact prin identificarea schimbărilor de pantă, precum și a modificărilor semnificative de curbură a graficelor.

Prelucrarea datelor înregistrate în amplasament prin metoda VBDT s-a realizat prin

intermediul analizei Fast Fourier Transform (FFT). Prin acest tip de analiză, toate caracteristicile dinamice ale structurii pot fi reprezentate unitar, sub formă grafică, precum este ilustrat în

diagrama din Figura 9.37.

Datele rezultate din prima înregistrare sunt prezentate în diagramele din: Figura 9.37,

corespunzătoare primului accelerometru dispus la 1/3 din deschidere, spre capătul dinspre Roman, Figura 9.38 ce corespunde celui de-al treilea accelerometru dispus la 1/3 din deschidere,

simetric față de primul accelerometru, spre Tg Frumos și Figura 9.39 ce corespunde centrului

deschiderii analizate.

Figura 9.37. Analiza FFT a datelor înregistrate de accelerometrul 1



85


Tabelul 9.14. Caracteristicile dinamice determinate pe baza datelor înregistrate de primul accelerometru, montat la 1/3 din deschidere, spre Roman

Modul de vibraţie Frecvența [Hz] Accelerația [m/s2] Timpul [s]

1 1,250 21,800 110,500

2 1,625 13,200 240,500

3 2,500 25,800 242,000

4 8,000 23,200 147,000

5 9,750 16,500 146,500

6 12,000 15,600 142,500

7 16,750 27,500 146,500

8 16,880 15,000 224,000

9 17,000 21,600 106,500

10 20,750 18,700 144,000

11 20,750 19,000 145,000

12 22,750 10,000 144,500

13 23,380 10,200 144,500

14 24,880 9,710 143,000

Pentru fiecare diagramă se pot identifica mai multe puncte caracteristice de maxim. Analizând cazul diagramei ilustrată în Figura 9.37 și datele prezentate în Tabelului 9.14., se pot

formula următoare concluzii pentru a cea de-a doua deschidere a podului în sensul dinspre

Roman:

- Cele mai multe puncte de maxim s-au identificat începând cu secunda 140. Astfel, se

poate observa o gamă largă de frecvențe și accelerații maxime înregistrate în domeniul de timp 142,5 sec – 147 sec (Figura 9.40)

- Valoarea maximă a accelerației (27,5 m/s2) a fost înregistrată la frecvența de 16,750

Hz. Aceste date au fost determinate la 146,5 secunde de la începutul măsurătorilor


86

- Primul punct de maxim, determinat pentru modul 1 de vibrație, corespunde frecvenței

de 1,250 Hz, respectiv accelerației de 21,8 m/s2 (79,27% din valoarea accelerației maxime totale). Următorul mod de vibrație a fost captat la 240,5 sec, și corespunde

frecvenței de 1,625 Hz, respectiv accelerației de 13,20 m/s2 (48% din valoarea

maximă totală). La doar 1,5 secunde diferență a fost înregistrat cel de-al treilea mod

de vibrație, cu frecvența de 2,50 Hz și accelerația de 25,8 m/s2 (93,82 % din valoarea

maximă totală). Al patrulea mod de vibrație corespunde frecvenței de 8,00 Hz,

respectiv accelerației de 23,2 m/s2 (84,36% din valoarea maximă totală)

Figura 9.40. Valorile maxime înregistrate de către primul accelerometru pentru structura neîncărcată

Analizând cazul diagramei ilustrată în Figura 9.38 și datele prezentate în Tabelul 9.15., se

pot formula următoare concluzii pentru a cea de-a treia deschidere a podului spre Tg Frumos:

- Cele mai multe puncte de maximum au fost înregistrate într-un interval de timp

relativ apropiat de cel determinat în cazul primului senzor

- Punctul de maxim general al graficului reprezintă primul punct determinat în cadrul

măsurătorii, la secunda 143,5. Acestui punct îi corespunde valoarea maximă a accelerației, 27,5 m/s2, corespunzătoare frecvenței de 17,5 Hz

- Primul mod de vibrație se dezvoltă la o frecvență relativ joasă, de 0,125 Hz, dar

prezintă o accelerație de 24,2 m/s2 (aproximativ 88% din valoarea maximă totală). Aceste valori au fost înregistrate la 223,5 secunde de la debutul măsurătorilor. Modul

2 de vibrație corespunde frecvenței de 1,125 Hz, respectiv accelerație de 16,5 m/s2

(60% din valoarea maximă totală). Aceste valori sunt înregistrate aproape de

încheierea măsurătorilor, la 242 secunde. Următoarea valoare maximă a graficului este înregistrată la o frecvență de 2,00 Hz. Aceasta valoare corespunde unei

accelerații relativ scăzute în comparație cu restul valorilor înregistrate, atingând doar

9,720 m/s2 (35,345% din valoarea maximă totală). Valorile prezentate au fost

înregistrate în secunda 228,5, înaintea frecvenței de 0.125 Hz, aproape de încheierea

măsurătorilor. Ultimul mod de vibrație este înregistrat la frecvența de 2,50 Hz,

valoare egală cu cea determinată în cazul precedent din prima deschidere. Accelerația înregistrată în acest punct atinge valoarea de 13,4 m/s2, reprezentând 48,73% din


87

accelerația maximă totală. Comparând cele două cazuri se constată o înjumătățire a acestei valori

Tabelul 9.15. Caracteristicile dinamice determinate pe baza datelor înregistrate de cel de-

al doilea accelerometru, montat la 1/3 din deschidere, spre Tg Frumos

Modul de vibraţie Frecvența [Hz] Accelerația [m/s2] Timpul [s]

1 1,125 16,500 242,000

2 2,000 9,720 228,500

3 2,500 13,400 241,500

4 5,000 26,400 150,000

5 5,250 27,300 146,500

6 6,125 16,500 227,500

7 7,875 19,000 147,000

8 9,750 17,500 147,000

9 15,500 15,600 104,500

10 17,000 20,500 106,000

11 17,500 27,500 143,500

12 18,000 26,500 105,000

13 17,630 17,800 242,000

14 18,130 15,700 241,500

Analizând cazul diagramei ilustrată în Figura 9.39 și datele prezentate în Tabelul 9.16., se

pot formula următoare concluzii pentru deschiderea mediană:

- Cele mai multe puncte de maxim sunt identificate în intervalul 142,5 – 150,0 secunde.

Astfel, în acest interval se regăsesc 8 puncte ce corespunzând unui domeniu de frecvențe cuprinse între 5 Hz și 17,88 Hz

- Valoarea maximă a accelerației (49,5 m/s2) a fost înregistrată la secunda 147 de la

începutul înregistrării, și corespunde frecvenței de 17 Hz;

- Primele 4 moduri de vibrație înregistrate în centrul deschiderii sunt cuprinse în

intervalul de frecvențe 1,125 Hz - 5,00 Hz. Primului mod, corespunde frecvenței de 1,125 Hz, respectiv accelerației de 12 m/s2 (24,24% din valoarea maximă a accelerațiilor înregistrate în acest caz). Al doilea mod de vibrație a fost înregistrat în

secunda 241,5, având o accelerație de 11,00 m m/s2 (22,22% din valoarea maximă

totală). În aceeași secundă fost captat și al treilea punct de maxim la frecvența de 2,50

Hz, respectiv accelerația de 12,40 m/s2 (25,051% din valoarea maximă totală). Cel

de-al patrulea mod de vibrație se dezvoltă la frecvența de 5,00 Hz și corespunde

accelerației de 27,6 m/s2 (55,76% din valoarea maximă totală)


88

Tabelul 9.16. Caracteristicile dinamice determinate pe baza datelor înregistrate de cel de-al treilea accelerometru, dispus în centrul deschiderii

Modul de vibraţie Frecvența [Hz] Accelerația [m m/s2] Timpul [s]

1 1,125 12,000 242,000

2 1,625 11,000 241,500

3 2,500 12,400 242,000

4 5,000 27,600 148,500

5 5,250 29,500 146,500

6 6,125 17,700 227,500

7 8,000 26,000 150,000

8 9,750 24,600 146,000

9 11,750 25,200 104,000

10 12,000 27,600 142,500

11 15,130 35,400 145,500

12 16,750 33,900 107,500

13 17,000 49,500 147,000

14 17,880 26,100 146,000

15 18,000 17,000 233,000

Analizând cele 3 diagrame înregistrate în această etapă experimentală, alături de tabelele corespunzătoare (Tabelul 9.14, 9.15, 9.16), se pot formula următoarele concluzii cu privire la caracteristicile modale ale structurii analizate:

- Primele valori maxime au fost înregistrate aproximativ în același timp, în jurul secundei 104 – 105. Cele mai apropiate valori se pot observa în cazul

accelerometrelor 2 (treimea dinspre Tg Frumos) și 3 (centrul deschiderii), iar primele

moduri de vibrație apar în secunda 104

- Se constată că ordinele de mărime a primelor frecvențe înregistrate în toate cele 3 cazuri sunt asemănătoare

- Puncte de amplitudine maximă sunt identificate la aceleași frecvențe (2,50 Hz, 9,75

Hz și 17,00 Hz) în toate cele 3 diagrame.. În restul cazurilor, au fost constatate

similitudini doar între măsurătorile a 2 accelerometre

- Valorile maxime ale accelerației din cele 3 măsurători prezintă o distribuție crescătoare față de mijlocul deschiderii. Astfel, primul accelerometru a înregistrat o

accelerație maximă de 27,5 m m/s2, la frecvența de 16,75 Hz. Cel de al doilea

accelerometru, poziționat în centrul deschiderii, a înregistrat valoarea maximă de 49,5

m m/s2, pentru frecvența de 17,00 Hz. Deplasându-ne în continuare spre capătul dinspre Tg Frumos, în următoarea treime, frecvența crește la 17,50 Hz, iar accelerația


89

scade la 27,5 m m/s2. Se poate observa că valoarea maximă totală a accelerației a fost determinată pentru senzorii dispuși la 1/3 din deschidere, de o parte și de alta a secțiunii centrale. Toate valorile maxime ale accelerației au fost înregistrate într-un

domeniu redus de timp ( max. 3 secunde în cazul senzorilor marginali)

9.9. Analiza comparativă a rezultatelor modelărilor numerice și a

datelor înregistrate in-situ

Datele captate in-situ, conform metodologiei MECD, au fost comparate cu cele obținute pe baza analizelor numerice prezentate anterior în Tabelul 9.17.

Tabelul 9.17. Frecvențele înregistrate in situ în deschiderea centrală și în toate cele 5 scenarii ale analizei numerice

Modul de

vibrație

Scenariul

Modul 1 [Hz] Modul 2 [Hz] Modul 3 [Hz] Modul 4 [Hz]

In-Situ 1,125 1,625 2,500 5,000

Scenariul 1 1,3054 1,7285 2,2043 2,4961

Scenariul 2 1,2079 1,6191 2,0732 2,1753

Scenariul 3 1,2632 1,5262 1,9989 2,1263

Scenariul 4 1,1972 1,2007 1,2044 1,4747

Scenariul 5 7,1932E-07 9,8877E-06 -1,2131E-05 0,7060

După cum se poate observa (Tabelul 9.17), ambele metode de analiză au oferit rezultate comparabile ca ordin de mărime. Scenariile concepute în cadrul analizelor numerice au înglobat

marea majoritate a caracteristicile determinate experimental. Astfel, se pot identifica următoarele corespondențe între rezultatele numerice și cele experimentale:

- Modului 1 de vibrație înregistrat in-situ corespunde modului 1 al scenariului 4.

Frecvența determinată prin analiza numerică (1,1972 Hz) diferă cu 6,03% de cea

determinată experimental (1,125 Hz)








90

- Modului 4 de vibrație înregistrat in-situ nu îi corespunde niciun mod determinat pe

cale numerică, întrucât acesta se dezvoltă la o frecvență superioară (5,000 Hz).

Frecvența maximă determinată în cadrul scenariilor analizate este de 2,4961 Hz

9.10. Concluzii

Podul Șcheia a fost selectat pentru programul experimental datorită interesului declarat de

către administrator, CNAIR prin DRDP Iași. Acest pod asigură circulația pe unul dintre cele mai utilizate drumuri, care leagă municipiul Iași de restul țării. Structura podului Șcheia este

asemănătoare cu structura podului tratat în studiului de caz prezentat anterior. Prin aceste două studii, se probează aplicarea metodologiei noi atât în cazul unui pod deschis circulației de puțin timp, cât și a unei structuri aflate în exploatare și care se află într-o stare avansată de degradare.

Structura mixtă a podului Șcheia a fost testată prin încercări nedistructive sub trafic.

Aceste teste sunt caracteristice etapei curente de implementare a MECD, propusă prin teza de

doctorat.

Datorită lipsei datelor inițiale, referitoare la comportamentul structurii nedegradare, a fost realizată o analiză numerică prin intermediul unui program cu element finit. Datele rezultate au

fost comparate cu cele înregistrate în amplasament. Prin analiza comparativă a datelor s-a

evidențiat principalul defect al structurii reprezentat de lipsa conlucrării dintre elementele

principale de rezistență (grinzile metalice și placa din beton armat).

Pentru a estima cât mai exact stadiul degradărilor identificate au fost modelate 5 scenarii distincte. Scenariile vizează diferite combinații realizate prin eliminarea conlucrării de pe anumite deschideri. Apropierea valorilor frecvențelor înregistrate de cele determinate pe cale

numerică, la diferențe de sub 10%, demonstrează eficiența MECD. De asemenea, similaritatea

datelor obținute pe baza celor două tipuri de analize probează și validitatea valorilor prag

prezentate în cadrul capitolului 7.

De asemenea, prin implementarea MECD au fost determinate primele rezultate

componente ale noii baze de date a administratorului structurii. Astfel, atât datele obținute pe cale numerică, cât și datele înregistrate în amplasament au fost stocate, și vor fi utilizate în cadrul

următoarelor evaluări ale structurii.

Conform MECD, structura podului Șcheia se încadrează în Starea Tehnică Satisfăcătoare, respectiv în Treapta 1 de alertare – Alertă Galbenă.


91

Capitolul 10

CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI

VALORIFICAREA REZULTATELOR

10.1. Concluzii generale

Transportul oamenilor și a bunurilor, precum și asigurarea serviciilor sunt esențiale pentru progresul economic și buna desfășurare a oricărei societăți. Conform studiilor efectuate la

nivelul Uniunii Europene (UE), anual, guvernele țărilor membre cheltuie până la 1.000 miliarde de euro (mai mult de 10% din Produsul Intern Brut) pentru eficientizarea industriei

transporturilor.

Podurile sunt proiectate și executate cu scopul de a asigura continuitatea unei căi de comunicații în dreptul unui obstacol (STAS 5626, 1992). În timpul exploatării, structurile

podurilor, datorită rolului lor principal și a mediului de amplasare, se degradează continuu,

încă de la darea în exploatare, uneori chiar din timpul construcției. Pentru evaluarea stării de degradare a podurilor, la nivel mondial, au fost implementate diferite metodologii şi sisteme de monitorizare.

Sistemele de monitorizare a podurilor de tipul Structural Health Monitoring (SHM) sunt

utilizate pentru identificarea în timp real a degradărilor și pentru stabilirea gradului de extindere a acestora. În funcție de necesitățile administratorului, sistemele SHM pot fi

operate în modul continuu de înregistrare pe întreaga durată de viață a structurii sau în

modul periodic pentru evaluarea stării tehnice la un moment dat. În cazul sistemelor de

monitorizare permanentă este posibilă alarmarea administratorului, o dată cu apariţia primelor semne de degradare.

În timp, structurile sunt supuse proceselor de îmbătrânire, acestea evoluând progresiv. Ca

urmarea a acestui fapt, sistemele SHM au fost dezvoltate pentru identificarea apariției

CONCLUZII GENERALE, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI VALORIFICAREA REZULTATELOR

92

proceselor de degradare, pentru realizarea prognozei evoluției lor și pentru caracterizarea

cauzelor care au condus la apariția acestora. Datele provenite de la implementarea sistemelor

argumentează luarea deciziilor privind:

- lucrările care îmbunătățesc siguranța structurală

- realizarea programelor de execuție a lucrărilor de întreținere, reparații și reabilitare

- demolarea structurii (în cazuri extreme)

Toate metodele de diagnosticare a defectelor şi degradărilor utilizate în cadrul sistemelor

SHM prezintă un fundament comun deoarece, se bazează pe interpretarea variațiilor parametrilor modali. Identificarea în regim dinamic a degradărilor utilizează trei tipuri distincte de date, şi anume: timpul, frecvenţa şi parametrii modali. După înregistrare, datele

sunt procesate utilizând funcţia frecvenţei de răspuns (prescurtată FRF – Frequency

Response Function).

Caracterizarea răspunsului dinamic al podurilor poate fi realizată prin mai multe metode de analiză, aplicate separat sau în paralel, după cum urmează: Analiza teoretică bazată pe modele analitice de calcul dezvoltate pentru determinarea

distribuţiilor şi valorilor ultime ale tensiunilor, deformaţiilor specifice şi deplasărilor pentru principalele sisteme structurale de poduri

Analiza numerică ce constă în studiul algoritmilor, pe baza aproximărilor numerice, pentru probleme de matematică continuă. Se disting astfel 3 sub paliere: metoda diferenţelor finite, metoda elementelor de frontieră şi metoda elementelor finite. În domeniul proiectării şi monitorizării podurilor se aplică cu precădere Metoda Elementelor Finite (MEF)

Analiza experimentală, realizată pe structura reală în vederea determinării caracteristicilor mai sus amintite pentru sistemele structurale complexe

Proiectarea unui sistem de monitorizare de tipul SHM are la bază o serie de parametri

caracteristici precum: geometria deformaţiilor, proprietăţile fizice și mecanice ale materialelor din care este construită structura, forţele interne şi tensiunile localizate în diferite zone critice.

Obiectivul principal al aplicării sistemelor SHM pe structurile aflate în construcție este determinat de nevoia de acumulare a datelor privitoare la eforturile secționale cu valori

semnificative ale sistemului și de determinare a apariției distorsiunilor datorate tensiunilor

din această fază. Acest tip de monitorizare își demonstrează eficacitatea prin prevenirea

oricăror degradări structurale cauzate de greșeli de execuție ce ar putea afecta geometria

structurii.

Măsurătorile realizate în cadrul programelor de monitorizare a podurilor depind, în primul

rând, de tipul structurii, de riscurile la care aceasta este expusă și de amplasarea sa. Conform

literaturii de specialitate, sistemele SHM cuprind 4 etape diferite:

1. Evaluarea operațională – în care sunt stabilite tipul și caracteristicile procesului de monitorizare structurală și se identifică instrumentele necesare


93

2. Achiziția datelor, normalizarea și eliminarea perturbațiilor posibile - poate fi

împărțită, la rândul ei, în 3 sub-etape diferite, și anume: achiziția datelor, normalizarea lor și eliminarea interferențelor apărute în cadrul înregistrărilor. Prima sub-etapă constă în selectarea încărcărilor, a tipului, a numărului și a locației senzorilor ce urmează a fi instalați pe structura analizată. Achiziția de date se realizează prin

intermediul diferitelor tehnici de identificare dinamică. Una dintre cele mai utilizate

metode din cadrul acestei identificări este tehnologia bazată pe înregistrarea și interpretarea vibrațiilor. Normalizarea este definită ca procesul de separare și eliminare a interferențelor apărute la nivelul înregistrărilor, prin comparație cu bazele de date existente

3. Extragerea caracteristicilor și condensarea informațiilor - identificarea datelor

utilizate pentru determinarea și extinderea defectelor și degradărilor prin compararea celor mai importante stadii ale structurii: stadiul actual și stadiul în care structura nu

suferă nicio degradare

4. Dezvoltarea modelului statistic necesar pentru o caracterizare diferențiată a datelor - datele colectate sunt împărțite în serii, pe baza unor caracteristici specifice

Principalele componente ale unui sistem de înaltă performanţă sunt senzorii, circuitul de

comunicare, unitatea centrală de captare şi procesare a datelor şi unitatea de stocare a lor.

Opţional, sistemele SHM performante conţin şi un sistem de alarmare utilizat în momentul în care parametrii monitorizaţi depăşesc valorile stabilite iniţial, denumite şi valori prag.

Senzorii sunt dispuși pe structură în punctele indicate în cadrul proiectului tehnic de realizare a sistemului de urmărire a comportării în timp a podului. Imediat după captarea informaţiilor, acestea sunt transmise direct către un spaţiu comun de stocare, unde vor fi procesate şi comparate cu un set de date standard (de obicei de la prima înregistrare a sistemului), identificându-se în acest fel apariţia sau extinderea degradărilor. Transmiterea informaţiilor se realizează prin intermediul unei reţele special dedicate acestei operaţiuni.

Deși avansarea procesului tehnologic a dus la dezvoltarea unor sisteme informatice integrate de monitorizare și evaluare a stării tehnice, calitatea și viabilitatea podurilor este stabilită, de cele mai multe ori, doar prin prisma inspecției vizuale. Astfel, administratorul structurii stabilește gradul de dezvoltare a degradărilor și nivelul de siguranță a traficului prin examinarea cu ochiul liber sau utilizând instrumente precum oglinzi, aparate optice de mărit sau alte instrumente optice specifice. Sistemele moderne de monitorizare de tipul SHM sunt

folosite doar pentru structurile mari, de o importanță deosebită pentru întreaga rețea sau atunci când se constată existența unor degradări care pun în pericol siguranța structurii.

Ca urmare a numărului mare de poduri aflate în exploatare, în următorii ani, evaluarea

vizuală prin Metoda Evaluării Vizuale a Stării Tehnice (MEVST) poate deveni insuficientă pentru identificarea în timp optim a structurilor ce nu asigură condițiile de desfășurare a traficului.

Ținând cont de situația podurilor din România, s-a elaborat o metodologie modernă de

evaluare a structurilor și a capacității lor de susținere a traficului în condiții de siguranță și


94

confort. Această metodologie poartă denumirea de Metoda Evaluării în Concept Dinamic (MECD) și oferă o alternativă viabilă și eficientă la metoda clasică, reducând dezavantajele

aceasteia.

În cadrul MECD se evaluează capacitatea tehnică a podului și siguranța în exploatare pe

baza analizei unor date înregistrate de senzori (în principal accelerometre) instalați definitiv

pe pod într-un număr minim de puncte. În acest fel se diminuează implicarea factorului uman, evitându-se situațiile în care 2 experți în domeniu ar evalua diferit un anumit proces

de degradare cu un impact major asupra structurii de rezistență a podului. MECD implică înregistrarea accelerațiilor verticale dezvoltate, atât pentru structura

neîncărcată, cât și pentru o anumită încărcare cunoscută. Vehiculul utilizat în cadrul acestor determinări poate fi standardizat sau poate proveni din traficul curent la care este supus

podul. Datele înregistrate sunt prelucrate, identificându-se modurile de vibrație ale structurii. Valorile frecvențelor sunt comparate cu un set de date standard, subliniindu-se diferențele dintre cele 2 seturi de valori. Pe baza acestora, administratorul dispune luarea măsurilor ce

se impun pentru a asigura integritatea podului.

Pentru a permite evaluarea structurii pe întreaga durată de viață, se stochează datele privitoare la comportamentul ei în exploatare, atât din punct de vedere static, cât și dinamic, încă din momentul terminării și recepției construcției. Această stare este considerată a fi ideală, deoarece se presupune că structura nu suferă defecte și degradări.

Pe întreaga durată de exploatare a structurii, o dată la 5 ani sau de fiecare dată când se consideră necesar, personalul responsabil cu administrarea podului va realiza o determinare

a parametrilor dinamici. Datele noi vor fi comparate cu cele înregistrate în prima etapă

determinându-se eventualele discrepanțe, respectiv degradări. După implementarea MECD pentru toate podurile din cadrul unei administrații, se cunoaște

în orice moment starea în care se află structurile, putând fi identificate cele care au dezvoltat

un anumit tip de degradare, realizându-se în acest fel, mult mai ușor, planificarea execuției lucrărilor de pe un anumit sector.

În cadrul tezei de doctorat a fost studiată implementarea metodologiei moderne, MECD, în

cadrul evaluării stării tehnice a două structuri de poduri: o structură nouă (Pasajul Octav Băncilă), determinările având loc în cadrul procesului de recepție la terminarea lucrărilor, și o structură aflată în exploatare (Podul Șcheia), încercarea dinamică având loc sub trafic. În

cadrul acestor studii experimentale sunt formulate următoarele concluzii: Structura mixtă oțel-beton a pasajului suprateran Octav Băncilă din municipiul Iași a

fost supusă încercărilor nedistructive în momentul finalizării lucrărilor de execuție, pentru a verifica siguranța și corectitudinea execuției conform proiectului. Astfel, au fost realizate o serie de teste statice și dinamice pentru a caracteriza comportamentul

structurii în exploatare.


95

În urma testelor efectuate în regim static s-a constatat o bună concordanță între valorile deplasărilor calculate în etapa de proiectare a pasajului și cele înregistrate pe structura

reală.

Rezultă de aici că rigiditatea suprastructurii analizate este una corespunzătoare. Astfel, se poate garanta o exploatare eficientă, neexistând niciun pericol notabil în utilizarea

structurii. De asemenea, în timpul încercărilor nu au fost înregistrate săgeți remanente ale structurii. A fost demonstrat, în acest mod, stabilitatea pasajului și capacitatea acestuia de a susține traficul în zonă pentru o durată de viață normată.

În timpul măsurătorilor dinamice a fost observată atenuarea rapidă a vibrațiilor, caracteristică structurii ce asigură prevenirea apariției și, după caz, extinderea degradărilor.

Rezultatele determinate pe baza încercărilor au fost înmagazinate sub forma unei baze

de date moderne privitoare la comportamentul real al structurii și a stării tehnice a acesteia. Astfel, ori de câte ori va fi necesară calcularea nivelului de degradare a

structurii sau verificarea siguranței acesteia, personalul responsabil cu întreținerea ei va realiza o serie de teste, determinând deplasările (în cazul testelor statice), frecvențele

proprii și perioadele. Aceste valori vor fi comparate cu cele inițiale, fiind evidențiate orice modificări ce implică prezența sau extinderea degradărilor.

Conform pașilor de implementare a MECD, structura pasajului Octav Băncilă se încadrează în Starea Tehnică Bună, respectiv în Treapta 0 de alertare – Alertă Verde.

Podul Șcheia a fost selectat pentru programul experimental datorită importanței acestuia pentru traficul din această parte a țării. Structura este asemănătoare cu structura pasajului analizat anterior, ambele fiind structuri mixte oțel-beton, cu grinzi

continue și lungimi totale apropiate. Prin aceste două studii s-a probat aplicarea

metodologiei noi atât în cazul unui pod deschis circulației de foarte puțin timp, cât și a unei structuri aflate în exploatare și care prezintă deja o stare avansată de degradare.

Structura mixtă a podului Șcheia a fost testată prin încercări nedistructive sub trafic.

Aceste teste sunt caracteristice etapei curente de implementare a MECD, propusă prin

teza de doctorat.

Datorită lipsei datelor inițiale, referitoare la comportamentul structurii nedegradate, a

fost realizată o analiză numerică prin intermediul unui program cu element finit. Datele

rezultate au fost comparate cu cele înregistrate în amplasament. Prin analiza

comparativă a datelor s-a evidențiat principalul defect al structurii reprezentat de lipsa

conlucrării între elementele principale de rezisență (grinzile metalice și placa din beton armat).

Pentru a estimata stadiul degradărilor identificate au fost modelate 5 scenarii diferite.

Scenariile vizează diferite combinații realizate prin eliminarea conlucrării de pe toate

deschiderile sau de pe anumite deschideri. Apropierea valorilor frecvențelor înregistrate de cele determinate pe cale numerică, la diferențe de sub 10%, demonstrează eficiența MECD. De asemenea, similaritatea datelor obținute pe baza


96

celor două tipuri de analize validează și valorile prag definite în cadrul capitolului al 7-

lea.

De asemenea, prin implementarea MECD au fost determinate primele valori din noua

bază de date a administratorului. Astfel, atât datele obținute pe cale numerică, cât și datele înregistrate în amplasament au fost stocate și vor fi utilizate în cadrul

următoarelor evaluări ale structurii. Conform MECD, structura podului Șcheia se încadrează în Starea Tehnică

Satisfăcătoare, respectiv în Treapta 1 de alertare – Alertă Galbenă.

10.2. Contribuții personale

Pe baza concluziilor prezentate anterior se pot sintetiza următoarele contribuții personale:

Realizarea unei ample sinteze bibliografice care prezintă stadiul actual al cunoaşterii în domeniul monitorizării stării tehnice şi comportării în exploatare a podurilor, prin raportarea la cercetările şi aplicaţiile existente în domeniul ingineriei civile şi la rezultatele promovate de echipele de cercetare

Analizarea și descrierea stării tehnice, per ansamblu, a podurilor aflate în exploatare la data

de 31.12.2018 pe raza drumurilor naționale, atât de la nivelul întregii țări, cât și a celor administrate de către Direcția Regională de Drumuri și Poduri (DRDP) Iași

Prezentarea principalelor tipuri de degradări întâlnite în cazul podurilor aflate în exploatare în ţara noastră

Elaborarea unui studiu de sinteză care cuprinde descrierea sistemelor moderne de

monitorizare a podurilor de tipul Structural Health Monitoring (SHM)

Descrierea elementelor componente ale sistemelor moderne de monitorizare a podurilor

Studiul comparativ al metodelor de realizare a inspecțiilor implementate în diferite țări prin exemplificarea sistemelor de evaluare, a administratorilor și a programelor de management

al datelor

Dezvoltarea unei metodologii de identificare rapidă, in-situ, a modurilor proprii de vibrație pentru diferite structuri de poduri

Conceperea unui program de realizare a inspecțiilor aplicabil pe toată perioada de exploatare a unei structuri

Prezentarea pașilor necesari în crearea unei baze de date moderne, care să cuprindă informațiile înregistrate în amplasament, pe parcursul tuturor etapelor de verificare, alături de modelările numerice a structurii analizate pentru faza nedegradată, dar și pentru cea în care aceasta suferă diferite degradări

Analiza comparativă a metodologiei propuse cu metodologia uzuală

Conceperea și elaborarea unui program experimental ce a avut ca obiectiv implementarea

metodologiei propuse pentru structura unui pod nou, cu următoarele obiective specifice:


97

Testarea structurii în regim static și în regim dinamic pentru diferite scheme de

încărcare, utilaje și instrumente de captare a datelor

Analiza datelor captate in-situ și determinarea deformatelor corespunzătoare celor 3 scheme de încărcare în regim static

Analizarea datelor înregistrate în regim dinamic

Procesarea datelor pentru evaluările ce vor fi realizate în etapele viitoare ale

monitorizării structurii

Aplicarea metodologiei propuse în cadrul unui program experimental extins, dezvoltat

pentru o structură aflată în exploatare:

Conceperea modelului numeric al structurii analizate, respectându-se toate

dimensiunile și caracteristicile identificate in-situ

Analiza modală și determinarea primelor 4 moduri de vibrație pentru structura nedegradată

Analiza modală a structurii în 5 scenarii de degradare. Scenariile au fost alese în funcție de cel mai important defect al structurii fiind afectate pe rând, diferite deschideri sau

combinații de deschideri Selecția instrumentelor pentru captarea datelor, procesarea și înmagazinarea lor și

conceperea unui sistem de urmărire a comportării în exploatare a podului Șcheia

Stabilirea secțiunilor caracteristice de instalare a senzorilor pentru capatarea datelor Instrumentarea structurii și captarea datelor sub trafic

Procesarea și analizarea datelor experimentale

Validarea rezultatelor experimentale prin intermediul datelor obținute prin analiza numerică bazată pe Metoda Elementului Finit

10.3. Direcții de dezvoltare

Analizând rezultatele obținute prin aplicarea noii metodologii de evaluare a podurilor în

concept dinamic în cazul celor două structuri prezentate în teza de doctorat, se pot formula următoarele direcții de dezvoltare ale domeniului de cercerate vizat: Îmbunățirea inspecțiilor vizuale din cadrul MECD sau MEVST prin utilizarea dronelor

performante. Aceste instrumente permit vizualizarea de la mică distanță a tuturor elementelor componente a podurilor, inclusiv a celor poziționate în zonele greu accesibile

Crearea şi implementarea unui sistem modern de captare a datelor utilizând senzori wireless ca parte a MECD şi aplicarea unei monitorizări continue a podurilor

Crearea bazei de date necesare implementării MECD și gestionarea corectă a informațiilor provenite din amplasament. Cu ajutorul acestei baze de date, poate fi determinată apariția și/sau dezvoltarea unei degradări, permițând accesul persoanelor interesate la datele înregistrate în cadrul inspecțiilor anterioare


98

Implementarea metodologiei nou create, inițial la nivelul administrării unui anumit sector de drum sau a rețelei rutiere de la nivelul unui județ, și apoi extinderea acesteia la nivel național

Includerea în cadrul sistemelor de achiziție a datelor a diverse tipuri de senzori pentru

monitorizarea temperaturii ambientale

Analiza variației temperaturii și stabilirea impactului acesteia asupra stării de degradare a podurilor

Dezvoltarea unui program de comparare în timp real a datelor provenite de la senzori cu cele

existente în baza de date și determinarea direct în amplasament a capacității structurii de susținere, în continuare, a traficului. Programul va utiliza cele 3 nivele de alertare descrise în

cadrul capitolului 7

Realizarea de studii de cercetare privind uniformizarea perioadelor garantate de exploatare

normată a echipamentelor podurilor. În acest sens, poate fi utilizat și programul menționat anterior pentru identificarea perioadei de timp rămase până la expirarea garanției

10.4. Valorificarea rezultatelor

Pe parcursul programului studiilor universitare de doctorat, activitatea de cercetare a fost

valorificată în următoarele moduri: Publicarea, în calitate de autor sau coautor, a unui număr de 30 lucrări științifice, astfel:

- Lucrări publicate în reviste indexate ISI (1):

1. Comisu C. C., Țăranu N., Boacă G., Scutaru M. C., Structural health monitoring

system of bridges, Journal Procedia Engineering, vol. 199, pp. 2054 – 2059, 2017.

- Lucrări publicate în reviste/volume ISI Proceedings (3):

2. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Boacă G., Ungureanu D., Case study

regarding the dynamic compensation of steel-concrete bridge hybrid structures,

ModTech International Conference. Modern Technologies in Industrial Engineering,

IOP Conference Series Materials Science and Engineering, 400, 042052, doi:

10.1088/1757-899X/400/4/042052, 2018.

3. Țăranu N., Ungureanu D., Lupășteanu V., Scutaru M. C., Maxineasa S. G.,

Experimental and numerical studies of the shear structural response of adhesively

bonded single lap joints between GFRP composite profiles, 18 International

Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2018 doi:

10.5593/sgem2018/2.1/S07.048, 2018.

4. Ungureanu D., Țăranu N., Isopescu D. N., Lupășteanu V., Scutaru M. C.,

Hudișteanu I., Failure particularities of adhesively bonded joints between pultruded

GFRP composite profiles, ModTech International Conference. Modern

Technologies in Industrial Engineering, IOP Conference Series Materials Science

and Engineering, 400, 032011, doi: 10.1088/1757-899X/400/3/032011, 2018.


99

- Lucrări în curs de publicare în reviste/volume ISI Proceedings (3):

5. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C. Boacă G., Ungureanu D., Hudișteanu I., Numerical study of the dynamic characteristics of a hybrid steel-concrete bridge,

ModTech International Conference. Modern Technologies in Industrial Engineering,

IOP Conference Series Materials Science and Engineering (lucrare în curs de

indexare), 2019.

6. Ghiga D. A., Țăranu N., Ungureanu D., Isopescu D. N., Scutaru M. C., Hudișteanu I., Numerical modelling of structural behavior of URM panels strengthened with

cement matrix composites, ModTech International Conference. Modern

Technologies in Industrial Engineering, IOP Conference Series Materials Science

and Engineering (lucrare în curs de indexare), 2019.

7. Hudișteanu I., Țăranu N., Isopescu D. N., Munteanu V., Ungureanu D., Scutaru M.

C., Interlaminar failure investigations on delamination growth of composite

laminates, ModTech International Conference. Modern Technologies in Industrial

Engineering, IOP Conference Series Materials Science and Engineering (lucrare în

curs de indexare), 2019.

- Lucrări publicate în reviste indexate BDI incluse în baze de date internaționale (10):

8. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Ungureanu D., Development of

performant technologies for bridge monitoring, Buletinul Institutului Politehnic din

Iași, vol. 63 (67), nr. 1, pp. 55 – 69, 2017.

9. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Chingălată C., Development of bridge

structural helth monitoring, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, vol. 63 (67), nr. 2, pp. 105 – 120, 2017.

10. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Boacă G., Ungureanu D., Sensors for

bridge structural health monitoring, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, vol. 64

(68), nr. 4, pp. 25 – 39, 2018.

11. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Boacă G., Ianoș A., Stașcov M. Structural behavior of a hybrid steel-concrete bridge – Experimental set-up,

Buletinul Institutului Politehnic din Iași, vol. 65 (69), nr. 1, pp. 63 – 77, 2019.

12. Chingălată C., Budescu M., Lupășteanu R., Lupășteanu V., Scutaru M. C.,

Assessment of the concrete compressive strength using non-destructive methods,

Buletinul Institutului Politehnic din Iași, vol. 63 (67), nr. 2, pp. 43 – 56, 2017.

13. Florența I., Țăranu N., Secu A., Ențuc I. S., Scutaru M. C., Ungureanu D.

Evaluation of the wood strength class using the experimental approach, Buletinul

Institutului Politehnic din Iași, vol. 63 (67), nr. 2, pp. 121 – 132, 2017.

14. Ghiga D. A., Țăranu N., Ențuc I. S., Ungureanu D., Scutaru M. C., Modern

strengthening techniques for masonry structures, Buletinul Institutului Politehnic

din Iași, vol. 64 (68), nr. 2, pp. 41 – 59, 2018.

15. Ghiga D. A., Țăranu N., Ungureanu D., Isopescu D. I., Scutaru M. C., Stașcov M., Shear structural response of strengthened unreinforced masonry panels using


100

traditional and modern techniques. The experimental set-up, Buletinul Institutului

Politehnic din Iași, vol. 65 (69), nr. 1, pp. 111 – 121, 2019.

16. Stașcov M., Mihai P., Venghiac V. M., Budescu M., Țăranu N., Scutaru M. C.,

Structural response of a steel structure with dissipative elements under seismic

action. Experimental set-up, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, vol. 65 (69),

nr. 1, pp. 103 – 110, 2019.

17. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Boacă G., Implementation of Structural

Health Monitoring system for bridges, Revista Intersecții (lucrare acceptată spre publicare), 2019.

- Lucrări publicate în volume ale conferințelor internaționale (5):

18. Scutaru M. C., Comisu C. C., Boacă G., Țăranu N., Bridge Maintenance Strategies

– A brief comparison among different countries around the world, în Powers N.,

Frangopol D. M., Al-Mahaidi R., Caprini C. (Ed.), Maintenance, Safety, Risk,

Management and Life-Cycle Performance of Bridges, Proceedings of the ninth

International Conference on bridge maintenance, safety and management (IABMAS

2018), Melbourne, Australia, 9 – 13 Iulie 2018, Taylor & Francis Group, Londra,

UK, pp. 231 – 238, 2018.

19. Comisu C. C., Scutaru M. C., Țăranu N., Boacă G, Structural health monitoring

and serviceability assessment of bridges in Romania, în Powers N., Frangopol D.

M., Al-Mahaidi R., Caprini C. (Ed.), Maintenance, Safety, Risk, Management and

Life-Cycle Performance of Bridges, Proceedings of the ninth International

Conference on bridge maintenance, safety and management (IABMAS 2018),

Melbourne, Australia, 9 – 13 Iulie 2018, Taylor & Francis Group, Londra, UK, pp.

1476 – 1483, 2018.

20. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Ungureanu D., Hudișteanu I., Ghiga D. A., Bridge instrumentation for structural health monitoring, Proceedings of the

XVIII Anniversary International Scientific Conference ”Construction and

Architecture” VSU’2018, Sofia, Bulgaria, pp. 91 – 96, 2018.

21. Ungureanu D., Țăranu N., Scutaru M. C., Hudișteanu I., Ghiga D. A., FRP

adhesively bonded joints speciamen preparation and testing procedures,

Proceedings of the XVIII Anniversary International Scientific Conference

”Construction and Architecture” VSU’2018, Sofia, Bulgaria, pp. 119 – 125, 2018.

22. Hudișteanu I., Țăranu N., Ungureanu D., Scutaru M. C., Interlaminar stresses

analysis on quasi-isotropic composite laminates, Proceedings of the XVIII

Anniversary International Scientific Conference ”Construction and Architecture”

VSU’2018, Sofia, Bulgaria, 133 – 138, 2018.


101

- Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale cu participare internațională (5):

23. Scutaru M. C., Comisu C. C., Țăranu N., Boacă G., Particularități privind metodologia aplicată inspecțiilor podurilor necesare sustenabilității infrastructurii rutiere, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, Iași, România, 2018.

24. Scutaru M. C., Comisu C. C., Țăranu N., Boacă G., Răspunsul structural la acțiunea dinamică a unui pod cu structură mixtă oțel-beton, Al XV-lea Congres

Național de Drumuri și Poduri, Iași, România, 2018.

25. Comisu C. C., Scutaru M. C., Boacă G., Modernizarea pasajului inferior Jiul în

municipiul Timișoara, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, Iași, România, 2018.

26. Comisu C. C., Boacă G., Scutaru M. C., Modernizarea pasajlui inferior Popa

Șapcă în municipiul Timișoara, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, Iași, România, 2018.

27. Comisu C. C., Boacă G., Scutaru M. C., Reabilitarea podului Tudor Vladimirescu

în municipiul Iași, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, Iași, România, 2018.

- Lucrări publicate în volume ale conferințelor naționale (1):

28. Scutaru M. C., Implementarea sistemelor de monitorizare a structurilor de poduri,

Creații Universitare 2017 – Al X-lea Simpozion Național, Iași, România, pp. 115 –

126, 2017.

- Lucrări publicate în reviste naționale (2):

29. Scutaru M. C., Monitorizarea podurilor utilizând metode moderne, Revista

Drumuri și Poduri, nr. 187 (256), pp. 18 – 22, 2019.

30. Popovici N., Scutaru M. C., Supraviețuitor al ”Marii Uniri”: Podul secular de la

Crasna, Revista Drumuri și Poduri, nr. 182 (251), pp. 10 – 11, 2018.

Susținerea publică, în calitate de autor, a unui număr de 3 prezentări în cadrul următoarelor manifestări științifice:

1. Conferința Școlilor Doctorale – TUIAȘI, 29 – 30 mai 2017, Iași, România, 2017.

2. Conferința Internațională Modern Technologies in Industrial Engineering ModTech

2018, 13 – 16 Iunie 2018, Constanța, România, 2018.

3. Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 19 – 22 septembrie 2018, Iași, România, 2018.

BIBLIOGRAFIE GENERALĂ

102

Capitolul 11


1. Ayyildiz C., Emre Erdem H., Dirikgil T., Dugenci O., Kocak T., Altun F., Cagri Gungor V., Structure

health monitoring using wireless sensor networks on structural elements, Journal Ad Hoc Networks, vol. 82, pp. 68 – 76, 2019.

2. Baneen U., Kinkaid N. M., Guivant J. E., Herszberg I., Vibration based damage detection of a beam-

type structure using noise suppression method, Journal of Sound and Vibration, vol. 331, pp. 1777 – 1788, 2012.

3. Bao Y., Chen Z., Wei S., Xu Y., Tang Z., Li H., The State of the Art of Data Science and Engineering

in Structural Health Monitoring, Journal Engineering, https://doi.org/10.1016/j.eng. 2018.11.027, 2018.

4. Băncilă R., Bolduş D., Petzek E., Stefănescu R., Bondariuc V., Tendinţe şi perspective pe plan european în proiectarea şi execuţia podurilor metalice şi mixte, Al X-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, Referate și Comunicări, Vol III, pp. 83 – 93, 1998.

5. Bedon C., Morassi A., Dynamic testing and parameter identification of a base-isolated bridge, Journal Engineering Structures, vol. 60, pp. 85 – 99, 2014.

6. Bolduş D., Ştefănescu R., Petzek E., Băncilă R., Bondariuc V., Stabilirea duratei de viaţă a podurilor metalice existente, Al X-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, Referate și Comunicări, Vol III, pp. 371 – 380, 1998.

7. Brownjohn J. M. W., Structural health monitoring of civil infrastructure, Journal Philosophical Transactions of The Royal Society A, vol. 365, pp. 589 – 622, 2007.

8. Buzuloiu G., Cervinschi I., Petre Ș., Belțic M., Dușman C., Valorificarea băncii centrale de date

tehnice a podurilor la Direcția Regională de Drumuri și Poduri București, Al X-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, Referate și Comunicări, Vol III, pp. 232 – 236, 1998.

9. Catbas F. N., Structural health monitoring: applications and data analysis, In V. M. Karbhari, F. Ansari (Ed), Structural health monitoring of civil infrastructure systems, p. 1 - 39, Cambridge: CRC Press, Cornwall, UK, 2009.

10. Catbas F. N., Susoy M., Frangopol D. M., Structural health monitoring and reliability estimation:

Long span truss bridge application with environmental monitoring data, Engineering Structures, vol. 30, pp. 2347 – 2359, 2008.

11.Chingălată C., Budescu M., Lupășteanu R., Accuracy in predicting the compressive strength of

concrete using SONREB method, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Vol. 63 (67), Nr. 3, pp. 97 – 106, 2017.

12. Chingălată C., Budescu M., Lupășteanu R., Lupășteanu V., Scutaru M. C., Assessment of the

concrete compressive strength using non-destructive methods, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Vol. 63 (67), Nr. 2, pp. 43 – 56, 2017.

https://doi.org/10.1016/j.eng.%202018.11.027

https://doi.org/10.1016/j.eng.%202018.11.027


103

13. Chisari C., Bedon C., Amadio C., Dynamic and static identification of base-isolated bridges using

Genetic Algorithms, Journal Engineering Structures, vol. 102, pp. 80 – 92, 2015. 14. Comisu C. C., Identificarea în concept dinamic a stării tehnice a podurilor cu structură mixto oțel-

beton, Editura Societății Academice ”Matei-Teiu Botez”, Iași, România, 2003. 15. Comisu C. C., Integrated Monitoring System for Durability Assessment of Concrete Bridges,

Buletinul Institutului Politehnic din Iași, vol. LI (LV), fasc. 3 – 4, pp. 97 – 109, 2005. 16. Comisu C. C., Multiple exciter techniques for structural identification, CCE 2005 Computational

Civil Engineering, International Symposium, Iași, România, 27 Mai, pp. 237 – 245, 2005a. 17. Comisu C. C., Single exciter techniques for structural identification, CCE 2005 Computational Civil

Engineering 2005, 27 mai, Iași, România, pp. 224 – 236, 2005b. 18. Comisu C. C., Structural Identification – Decision Factor in Bridge Rehabilitation, Revista

Intersections/Intersecții, vol 5, nr 4, pp. 56 – 62, 2008. 19. Comisu C. C., Identificarea structurală a podurilor compozite, Al XIII-lea Congres Național de

Drumuri și Poduri, Referate și Comunicări, Vol II, pp. 262 – 271, 2010. 20. Comisu C. C., Boacă G., Scutaru M. C., Modernizarea pasajului inferior Popa Șapcă în municipiul

Timișoara, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 2018. 21. Comisu C. C., Boacă G., Scutaru M. C., Reabilitarea podului Tudor Vladimirescu în municipiul Iași,

Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 2018. 22. Comisu C. C., Scutaru M. C., Boacă G., Modernizarea pasajului inferior Jiul în municipiul

Timișoara, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 2018. 23. Comisu C. C., Scutaru M. C., Ţăranu N., Boacă G., Structural health monitoring and serviceability

assessment of bridges in Romania, In N. Powers, D. M. Frangopol, R. Al-Mahaidi, C. Caprini (Ed), Mainenance, Safetz, Risk, Management and Life-Cycle Performance of Bridges, p. 1476 - 1483, Proceedings of the ninth International Conference on bridge mainteance, safety and management (IABMAS 2018), Melbourne, Australia, 9-13 Iulie 2018, Taylor & Francis Group, Londra, UK, 2018.

24. Comisu C. C., Țăranu N., Boaca G., Scutaru M. C., Structural health monitoring system of

bridges, X International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2017, Journal Procedia Engineering, vol. 199, pp. 2054 – 2059, 2017.

25. Corté J. F., World road investment needed, Journal World Highways, July/August 2014, p. 10, 2014.

26. Dilena M., Limongelli M. P., Morassi A., Damage localization in bridges via the FRF interpolation

method, Journal Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 52 – 53, pp. 162 – 180, 2015. 27. Döhler M., Hille F., Mevel L., Rücker W., Structural health monitoring with statistical methods

during progressive damage test of S101 Bridge, Journal Engineering Structures, vol. 69, pp. 183 – 193, 2014.

28. Eyupgiller M. M., Mollamahmutoglu C., Investigation of Thermal Effects on Retrofitted Bosphorus

Bridge: Comparison between Diagonal and Vertical Hanger Configurations, In C. Ionescu, H. Bărbat, M. Budescu (Ed), The 14th International Symposium „Computational civil engineering 2017”, p. 3 - 12, Editura Societăţii Academice “Matei – Teiu Botez”, Iaşi, România, 2017.

29. Farahani R. V., Penumadu D., Damage identification of a full-scale five-girder bridge using time-

series analysis of vibration data, Journal Engineering Structures, vol. 115, pp. 129 – 139, 2016.

30. Farrar C. R., Worden K., An introduction to structural health monitoring, Journal Philosophical Transactions of The Royal Society A, vol. 365, pp. 303 – 315, 2007.

31. Fişă tehnică de produs pentru accelerometrele 628F01 Precision Quartz Industrial ICP Accelerometer, PCB Piezotronics.

32. Fișă tehnică de produs pentru accelerometrele CCLD de tipul 4507 B 001, Brüel & Kjær, 2012. 33. Fişă tehnică de produs pentru accelerometrele tipurile 8305 şi 8305-001 Brüel & Kjær, 2017. 34. Fișă tehnică de produs pentru puntea PULS tipurile 3560-B, 3560-C, 3560-D și 3560-E, Brüel &

Kjær, 2008. 35. Florența I., Țăranu N., Secu A., Ențuc I. S., Scutaru M. C., Ungureanu D., Evaluation of the wood

strength class using the experimental approach, Buletinul Institutului Politehnic, Vol 63 (67), Nr. 2, pp. 121 – 132, 2017.

36. Ghiga D. A., Ţăranu N., Enţuc I. S., Ungureanu D., Scutaru M. C., Modern strengthening techniques

for masonry structures, Buletinul Institutului Politehnic, Vol 64 (68), Nr. 2, 41 – 59, 2018.


104

37. Ghindea C. L., Crețu D., Cruciat R., Giumanca A., O analiză asupra încercării dinamice a podurilor, Al XIV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 2014.

38. Hann F. E. I., Comportarea in situ a construcțiilor și aptitudinea lor pentru exploatare, București, România, 2012.

39. Harris D. K., Gheitasi A., Saliba M., Implications for Structural Health Monitoring and Load Rating

Resulting from the Performance of Damage Integrated Bridges, 7th International Conference on Structural Health Monitogind of Intelligent Infrastructure (SHMII 2015), Vol 2, pp. 1396 – 1405, 2015.

40. Housner G. W., Bergman L. A., Coughey T. K., Chassiakos A. G., Claus R. O., Masri S. F., Skelton R. E., Soong T. T., Spencer B. F., Yao J. T. P., Structural Control: Past, Present, and Future,

ASCE Journal of Engineering Mechanics vol. CXXIII, pp. 897 – 971, 1997. 41. Hudișteanu I., Țăranu N., Ungureanu D., Scutaru M. C., Interlaminar stresses analysis on quasi-

isotropic composite laminates, XVIII Anniversary International Scientific Conference by Construction and Architecture VSU, Sofia, Bulgaria, 2018.

42. Iliescu M., Viorel G., Repararea și consolidarea podurilor de beton, U. T. Press, Cluj-Napoca, România, 2012.

43. Inaudi D., SMARTEC SA., Structural health monitoring of bridges: general issues and applications, In V. M. Karbhari, F. Ansari (Ed), Structural health monitoring of civil infrastructure systems, p. 339 - 370, Cambridge: CRC Press, Cornwall, UK, 2009.

44. Jayawardhana M., Zhu X., Liyanapathirana R., Gunawardana U., Compressive sensing for efficient

health monitoring and effective damage detection of structures, Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 84, pp. 414 – 430, 2017.

45. Kapila K. K., Bridges & Road Engineering and Maintenance UAE returns to Abu Dhabi, Journal World Highways, Martie 2016, pp. 17, 2016.

46. Karbhari V. M., Health monitoring, Damage prognosis and Service-life prediction – Issues related to

implementation, In F. Ansari (Ed), Sensing Issues in Civil Structural Health Monitoring, pp. 301 - 310, Springer, Netherlands, 2005.

47. Karbhari V. M., Introduction: structural health monitoring – a means to optimal design in the future, In V. M. Karbhari, F. Ansari (Ed), Structural health monitoring of civil infrastructure systems, pp. xv - xxiv, Cambridge: CRC Press, Cornwall, UK, 2009.

48. Karbhari V. M., Guan H., Sikorsky C., Operational modal analysis for vibration-based structural

health monitoring of civil structures, In V. M. Karbhari, F. Ansari (Ed), Structural health monitoring of civil infrastructure systems, pp. 213 – 259, Cambridge: CRC Press, Cornwall, UK, 2009.

49. Klikowicz P., Salamak M., Poprawa G. Structural Health Monitoring of Urban Structures, Procedia Engineering, vol. 161, pp. 958 – 962, 2016.

50. Law K. H., Sensor data management technologies for infrastructure asset management, In M.L. Wang, J. P. Lynch, H. Sohn (Ed), Sensor Technologies for Civil Infrastructures, Volume 2: Applications in Structural Health Monitoring, pp. 3 - 32, Woodhead Publishing, Cambridge UK, 2014.

51. Li J., Hao H., Health monitoring of joint conditions in steel truss bridges with relative displacement

sensors, Measurement, vol. 88, pp. 360 – 371, 2016. 52. Marques F., Moutinho C., Magalhães F., Caetano E., Cunha Á., Analysis of dynamic and fatigue

effects in an old metallic riveted bridge, Journal of Constructional Steel Research, vol. 99, pp. 85 – 101, 2014.

53. Orcesi A. D., Frangopol D. M., Optimization of bridge maintenance strategies based on structural

health monitoring information, Journal Structural Safety, vol. 33, pp. 26 – 41, 2011. 54. Popovici N., Scutaru M. C., Supravieţuitor al "Marii Uniri": Podul secular de la Crasna, Revista

Drumuri și Poduri, vol. 182 (251), pp. 22 – 23, 2018. 55. Romanescu C., Istrate G., Beșliu A. M., Calibrarea și rafinarea metodologiei de evaluare a stării

tehnice a podurilor, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 2018. 56. S.C. TOPO PREST S.R.L., Măsurători geodezice și interpretare rezultate conform proiectului de

încercare suprastructură pasaj Octav Băncilă, mun. Iași, jud. Iași, 2016. 57. Scutaru M. C., Implementarea sistemelor de monitorizare a structurilor de poduri, Creații

Universitare 2017 – Al X-lea Simpozion Național, 2 iunie 2017, Iași, România, pp. 115 – 126, 2017.


105

58. Scutaru M. C., Monitorizarea podurilor utilizând metode moderne, Revista Drumuri și Poduri, vol. 187 (256), pp. 18 – 22, 2019.

59. Scutaru M. C., Comisu C. C., Boacă G., Ţăranu N., Bridge Maintenance Strategies – A brief

comparison among different countries around the world, In N. Powers, D. M. Frangopol, R. Al-Mahaidi, C. Caprini (Ed), Mainenance, Safetz, Risk, Management and Life-Cycle Performance of Bridges, pp. 231 - 238, Proceedings of the ninth International Conference on bridge mainteance, safety and management (IABMAS 2018), Melbourne, Australia, 9-13 Iulie 2018, Taylor & Francis Group, Londra, UK, 2018.

60. Scutaru M. C., Comisu C. C., Țăranu N., Boacă G., Răspunsul structural la acțiunea dinamică a unui pod cu structură mixtă oțel-beton, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 2018.

61. Scutaru M. C., Comisu C. C., Țăranu N., Boacă G., Particularități privind metodologia aplicată inspecțiilor podurilor necesare sustenabilității infrastructurii rutiere, Al XV-lea Congres Național de Drumuri și Poduri, 2018.

62. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Boacă G., Isopescu D. N., Ungureanu D., Case study

regarding the dynamic compensation of steel-concrete bridge hybrid structures, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 400, 042052, 2018.

63. Scutaru M. C., Țăranu N. Comisu C. C., Boacă G., Ungureanu D., Sensors for bridge structural

health monitoring, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Vol 64 (68), Nr. 4, pp. 25 – 39, 2018.

64. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Chingălată C., Development of bridge structural health

monitoring, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Vol 63 (67), Nr. 2, pp. 105 – 120, 2017.

65. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Ungureanu D., Development of performant technologies

for bridge monitoring, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Vol 63 (67), Nr. 1, pp. 55 – 69, 2017.

66. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Ungureanu D., Development of performant technologies

for bridge monitoring, Buletinul Institutului Politehnic din Iași, Vol 63 (67), Nr. 1, pp. 55 – 69, 2017.

67. Scutaru M. C., Țăranu N., Comisu C. C., Ungureanu D., Hudișteanu I., Ghiga D. A., Bridge

instrumentation for structural health monitoring, XVIII Anniversary International Scientific Conference by Construction and Architecture VSU, Sofia, Bulgaria, 2018.

68. Seo J., Czaplewski T. M., Kimn J.-H., Hatfield G., Integrated structural health monitoring system and

multi-regression models for determining load ratings for complex steel bridges, Measurement, vol. 75, pp. 308 – 319, 2015.

69. Sun Z., Zou Z., Zhang Y., Utilization of structural health monitoring in long-span bridges: Case

studies, Journal Structural Control and Health Monitoring, e1979, doi: 10.1002/stc.1979, 2017.

70. Sung Y. C., Lin T. K., Chiu Y. T., Chang K, C., Chen K. L., Chang C. C., A bridge safety monitoring

system for prestressed composite box-girder bridges with corrugated steel webs based on in-

situ loading experiments and a long-term monitoring database, Engineering Structures, vol. 126, pp. 571 – 585, 2016.

71. Ungureanu D., Țăranu N., Isopescu D. N., Lupășteanu V., Scutaru M. C., Hudișteanu I., Failure

particularities of adhesively bonded joints between pultruded GFRP composite profiles, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 400, 032011, 2018.

72. Ungureanu D., Țăranu N., Scutaru M. C., Hudișteanu I., Ghiga D. A., FRP adhesively bonded joints.

Specimen preparation and testing procedures, XVIII Anniversary International Scientific Conference by Construction and Architecture VSU, Sofia, Bulgaria, 2018.

73. Vardanega P. J., Webb G. T., Fidler P. R. A., Middleton C. R., Bridge monitoring, In A. Pipinato (Ed), Innovative Bridge Design Handbook, Construction, Rehabilitation and Maintenance, pp. 759 - 775, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 2015.

74. Worden K., Cross E. J., Dervilis N., Papatheou E., Antoniadou I., Structural health monitoring:from

Structures to Systems-of-Systems, Journal International Federation of Automatic Control Papers OnLine, vol. 48 – 21, pp. 001 – 017, 2015.

75. Worden K., Manson G., Rippengill S., Statistical pattern recognition and detection in structural

health monitoring of civil infrastructure systems, In V. M. Karbhari, F. Ansari (Ed),


106

Structural health monitoring of civil infrastructure systems, pp. 305 - 335, Cambridge: CRC Press, Cornwall, UK, 2009.

76. Yoder N. C., Adams D. E. (2014) Commonly used sensors for civil infrastructures and thei associated

algorithms, In M. L. Wang, J. P. Jynch, H. Sohn (Ed), Sensor Technologies for Civil Infrastructures, Vol 1: Sensing Hardware and Data Collection Methods for Performance Assessment, pp. 57 - 85, Woodhead Publishing, Cambridge, UK, 2014.

77. Yu Y., Zhao X., Shi Y., Ou J., Design of a real-time overload monitoring system for bridges and

roads based on structural response, Measurement, vol. 46, pp 345 – 352, 2013. 78. Zaveri K., Phil M., Modal Analysis of Large Structures – Multiple Exciter Systems, Brüel & Kjær,

1984. 79. Zhang Q. W., Statistical damage identification for bridgesusing ambient vibration data, Computers

and Structures, vol. 85, pp. 476 – 485, 2007. 80. *** AND 504 – 2007 – Normativ pentru revizia drumurilor publice, Buletin Tehnic Rutier anul V, nr.

11, pp. 52 – 82, 2006. 81. *** AND 522-2002 – Instrucțiuni tehnice pentru stabilirea stării tehnice a unui pod, Buletin Tehnic

Rutier anul II, vol. 15, 2002. 82. *** AND 522 – 2017 - Intrucțiuni tehnice pentru stabilirea stării tehnice a unui pod, Normativ aflat

în stadiu de revizuire. 83. *** AND 554 – 2002 – Normativ privind întreținerea și repararea drumurilor publice, Buletin Tehnic

Rutier, anul II, nr. 13, pp. 4 – 43, 2002. 84. ***, STAS 5626 – 1992 – Poduri. Terminologie, Institutul Român de Standardizare, București, 1992. 85. ***, STAS 12504 – 86 Poduri de cale ferată, de șosea și pasarele. Încercarea suprastructurilor cu

acțiuni de probă, Institutul Român de Standardizare, 1986. 86. ***, http://failuremag.com/article/tacoma-narrows-bridge-collapse 87. ***, https://structurae.net/structures/chongming-north-bridge 88. ***, https://www.independent.co.uk/news/world/europe/sicily-bridge-plan-revived-by-italian-

government despite-concerns-over-earthquakes-and-the-mafia-a6674181.html 89. ***, https://www.gti-usa.net/Saint-Anthony-Falls-Replacement-Bridge.shtml 90. ***, http://footage.framepool.com/en/bin/426741,great+belt+bridge,great+belt,denmark/) 91. ***, https://www.researchgate.net/figure/265415594_fig1_Fig-1-Views-from-Ali-Cetinkaya-Bridge 92. ***, http://radioconstanta.ro/2017/07/06/o-bucata-din-pilonul-central-al-podului-de-la-agigea-a-cazut-

pe-carosabil/ 93. ***, http://www.ziarelive.ro/despre/pacureti/38105314_2.html.

contribuŢii la dezvoltarea metodologiei de … scutaru a… · contribuŢii la dezvoltarea...

Documents