Κυριακή, 10 Νοεμβρίου, 2024
ΑρχικήΈργα ΥποδομώνΣύστημα δομικ...

Σύστημα δομικής διαχείρησης

Στο παρόν άρθρο περιγράφεται συνοπτικά το σύστημα δομικής διαχείρησης που εφαρμόζεται για τη διατήρηση της κατασκευής της γέφυρας Ρίου – Αντιρρίου «Χαρίλαος Τρικούπης», στη βέλτιστη δυνατή κατάσταση, κατ? ελάχιστον για τη συμβατική διάρκεια ζωής των 120 ετών.

ʼρθρο του: ʼρη Σταθόπουλου-Βλάμη*

Φέτος, συμπληρώθηκαν 10 χρόνια από την παράδοση σε κυκλοφορία της γέφυρας Ρίου-Αντιρρίου «Χαρίλαος Τρικούπης», ενός από τα μεγαλύτερα έργα γεφυροποιΐας παγκοσμίως. Ενός έργου που ολοκληρώθηκε και παραδόθηκε 3,5 μήνες πριν την συμβατική υποχρέωση, χωρίς υπέρβαση προϋπολογισμού και κυρίως χωρίς κανένα σημαντικό εργατικό ατύχημα.
Η γέφυρα «Χαρίλαος Τρικούπης» αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες καλωδιωτές γέφυρες πολλαπλών ανοιγμάτων. Αντίστοιχες του μεγέθους της κατασκευής είναι και οι βασικές δράσεις διαστασιολόγησης. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η εδαφική επιτάχυνση που προέκυψε κατά την εκτίμηση του σεισμικού κινδύνου για την περιοχή με περίοδο επαναφοράς τα 2.000 χρόνια είναι 0.48g και δύναται να συνοδεύεται και από τεκτονικές μετακινήσεις της τάξης του ενός μέτρου, ενώ η ταχύτητα ανέμου για τη διαστασιολόγηση του καταστρώματος σε αεροδυναμική ευστάθεια είναι 74 m/sec (266 km/h). Η θεμελίωση είναι αβαθής και αποτελείται από μεγάλων διαστάσεων πέδιλα (διαμέτρου 90μ.), τα οποία εδράζονται σε ενισχυμένο έδαφος. Τα 4 κύρια βάθρα είναι μονολιθικά από οπλισμένο σκυρόδεμα και έχουν ύψος 191μ. έως 228,5μ. με υποθαλάσσιο τμήμα που κυμαίνεται από 48μ. έως 63,5μ. Τα 2 μεταβατικά (ακραία) βάθρα, μεταλλικής κατασκευής, είναι αμφιαθρωτά για να μπορούν να παρακολουθήσουν σημαντικές μετακινήσεις του καταστρώματος στην διαμήκη διεύθυνση χωρίς αύξηση των εσωτερικών δυνάμεων. Το σύμμεικτο κατάστρωμα είναι συνεχές καθόλο το μήκος των 2252μ. και πλήρως αναρτημένο από την κορυφή των πυλώνων μέσω 368 καλωδίων, οι δυνάμειςτων οποίων κυμαίνονται από 1,98ΜΝ (για τα κοντά καλώδια) έως 6ΜΝ (για τα μακρυά) για τα μόνιμα φορτία. Ειδικός δομικός εξοπλισμός σχεδιασμένος για να παραλάβει σημαντικές δυνάμεις και παραμορφώσεις και δοκιμασμένος σε εξειδικευμένα εργαστήρια έχει ενσωματωθεί στον αντισεισμικό σχεδιασμό της γέφυρας. Μεταξύ άλλων αξίζει να αναφερθεί η εγκάρσια στήριξη του καταστρώματος σε έξι θέσεις (στα 4 κύρια και 2 μεταβατικάβάθρα) που επιτυγχάνεται μέσω ενός μηχανισμού διατμητικής σύνδεσης που λειτουργεί σαν «ασφάλεια» (fuserestrainer)και ο οποίος μπορεί να παραλάβει ονομαστικό φορτίο ±10,5ΜΝ (±3,4ΜΝ στις θέσεις των μεταβατικών βάθρων). Το κατάστρωμα«απελευθερώνεται» όταν ξεπεραστεί αυτό το φορτίο (λόγω σεισμού) και τότε ενεργοποιούνται οι υδραυλικοί αποσβεστήρες (20 στο σύνολο) οι οποίοι αποσβένουν την ενέργεια και μειώνουν τις εγκάρσιες μετακινήσεις του καταστρώματος. Μπορούν να παραλάβουν μέγιστη δύναμη 3,5ΜΝ μεσυνολική διαδρομή εμβόλου 3,5μ. (αποσβεστήρες κύριων βάθρων) και 5.2μ. (αποσβεστήρες μεταβατικών βάθρων). Ο συνδυασμός του μεγέθους της κατασκευής και των ιδιαιτεροτήτων της περιοχής (υψηλή σεισμικότητα,εξαιρετικά συχνοί ισχυροί άνεμοι και διαβρωτικό θαλάσσιο περιβάλλον) απαιτούν την ανάπτυξη ειδικών και καινοτόμων εργαλείων για το συνεχή έλεγχο της δομικής κατάστασης της Γέφυρας και γενικά της ορθής δομικής διαχείρισήςτης για την εύρυθμηκαι ασφαλή λειτουργία της.
Η επιτυχής διαχείριση ενός έργου και ιδιαίτερα των σημαντικών υποδομών, ξεκινά από την αναγνώριση κατά τη φάση σχεδιασμού των βασικών κινδύνων «υποβάθμισης» της δομικής του κατάστασης. Για τη γέφυρα «Χαρίλαος Τρικούπης» δύο διαφορετικές αναλύσεις πραγματοποιήθηκαν για (α) τη διάρθρωση του συστήματος δομικής παρακολούθησης (επιλογή αισθητήρων, μετρού μεναμεγέθη και χρησιμότητα) και (β) την εκτίμηση της συχνότητας των απαιτούμενων ελέγχων σε σχέση με την αναμενόμενη συμπεριφορά κάθε δομικού στοιχείου για όλα τα πιθανά συμβάντα. Η σύνθεση των αναλύσεων επικινδυνότητας πραγματοποιείται μέσω του Εγχειριδίου Επιθεωρήσεων και Συντήρησης, το οποίο προδιαγράφει το σύνολο των απαιτούμενων ενεργειών ελέγχου και επέμβασης σε πλήθος πιθανών καταστάσεων. Η εκ των προτέρων επιλογή των τρόπων ελέγχου και επέμβασης (όπως π.χ. της συχνότητας των επιθεωρήσεων) δεν αποκλείει τη δυνατότητα αναθεώρησης βάσει των παρατηρήσεων και της συσσώρευσης γνώσης για τη συμπεριφορά της κατασκευής, πάντα βέβαια ωςπροϊόν ανάλυσης και τεκμηρίωσης των καταγραφέντων δεδομένων. Η σωστή διαχείριση συντελεί αφενός στην εξασφάλιση της δομικής επάρκειας του έργου, αφετέρου στηνμείωση του χρόνου και της έκτασης των επεμβάσεων συντήρησης, ώστε να βελτιστοποιείται το συνολικό κόστοςσυντήρησης ως προς την αξία του παγίου.
Ένα από τα βασικότερα εργαλεία απόκτησης πληροφορίας είναι η οπτικήεπιθεώρηση του συνόλου των δομικών στοιχείων της κατασκευής. Στόχος της είναι η ποιοτική αναγνώριση των πιθανών προβλημάτων καθώς και η ποσοτικοποιημένη καταγραφήτους (πχ άνοιγμα και μήκος ρωγμών σκυροδέματος, έκταση τοπικών ατελειών της αντιδιαβρωτικής προστασίας κλπ).Θεμελιώδες στοιχείο είναι η εκ των προτέρων γνώση των πιθανών ευρημάτων και η ταξινόμησή τους (ως προς το είδος και την σπουδαιότητά τους) έτσι, ώστε να ελαχιστοποιείται η απαιτούμενη πληροφορία για την πλήρη περιγραφή τους που πρακτικά διευκολύνειτην έγκαιρη ολοκλήρωση των επιθεωρήσεων,καθώς και την ανάλυση. Προς τούτο επιλέγχθηκε η διάρθρωση των επιθεωρήσεων σε διαφορετικά επίπεδα λεπτομέρειας διαφορετικού ρυθμού επανάληψης ανά δομικό στοιχείο, καθώς και η συστηματική εκπαίδευση των επιθεωρητών για την αναγνώριση του εκάστοτε ευρήματος και την ταξινόμησή του ως προς το είδος και τησπουδαιότητά του.
Συμπληρωματικά των επιθεωρήσεων, η πραγματοποίηση μιας σειράς ελέγχων (καταστροφικώνκαι μη) όπως της διαβρωτικότητας του περιβάλλοντος σε διάφορες θέσεις (υπολογισμός ρυθμού οξείδωσης πρότυπων κραμάτων, καταγραφή περιβαλλοντικών συνθηκών και χαρακτηρισμός της διαβρωτικότητας) και της πραγματικής επίδρασης στα υλικά (π.χ μετρήσεις χλωριόντων και ρυθμού διείσδυσης σε ειδικά «θυσιαζόμενες» κατασκευές σκυροδέματος ισοδύναμης ποιότητας και έκθεσης διάβρωσης με την πραγματική κατασκευή) συμβάλλει στην αξιολόγηση της ανθεκτικότητας σε διάρκεια (durability) του έργου. Αντίστοιχα η προβλεπόμενη επαναληπτική αφαίρεση τμήματος των καλωδίων για τον εργαστηριακό έλεγχο των μηχανικών χαρακτηριστικών τους, έλεγχο έναντι κόπωσης στη θέση των αγκυρώσεων καθώς και έλεγχο συγκολλήσεωνμεταλλικών στοιχείων (σε ιδιαίτερα κρίσιμα σημεία) συμβάλλει στην αξιολόγηση της μηχανικής συμπεριφοράς συγκεκριμένων στοιχείων.
Τέλος, ένα πλήρες σύστημα ενόργανης δομικής παρακολούθησης καταγράφει συνεχώς την απόκριση της κατασκευής (24/7),όπως δυνάμεις σε καλώδια, επιταχύνσεις καταστρώματος/πυλώνων κλπ, επιτρέποντας την άμεση ενημέρωση εξειδικευμένων μηχανικών για την περίπτωση συμβάντων που απαιτούν άμεση επέμβαση (σεισμικά κ.α. γεγονότα).
Παρέχει εξαιρετικής χρησιμότητας πληροφορίες για τη μεταβολή των χαρακτηριστικών της κατασκευήςκαι επομένως για τον καθορισμό της αναγκαιότηταςή μη επεμβάσεων ευρείας κλίμακας.
Η συστηματική συντήρηση του εν λόγω συστήματος είναι απαραίτητη ώστε να εξασφαλιστεί ένας σημαντικός χρόνος λειτουργίας (uptime) μειώνοντας τον κίνδυνο απώλειας πολύτιμων δεδομένων. Αξίζει να σημειωθεί ότι με τη σωστή στρατηγική (διαθεσιμότητα ανταλλακτικών και άμεση επέμβαση) έχει επιτευχθεί ολικός χρόνος λειτουργίας >95% για τα τελευταία 5 χρόνια.
Παρότι το εν λόγω σύστημα είναι συμπληρωματικό των οπτικών παρακολουθήσεων και εργαστηριακών ελέγχων, έχει αποδόσει ανεκτίμητα αποτελέσματα σ?αυτά τα 10 πρώτα χρόνια λειτουργίας. Παραδείγματα αποτελούν η αναγνώριση της χρονικής στιγμής του κεραυνικού πλήγματος της 27 Ιανουαρίου του 2005 και της ανάλυσης της κατάστασης του φορέα, η καταγραφή της εντατικής κατάστασης των καλωδίων κατά την διάρκεια σημαντικής ταλάντωσής τους που σημειώθηκε την 23/01/2006 λόγω πτερυγισμού από ανάπτυξη πάγου επί των καλωδίων (icegalloping), η ανάλυση επί πραγματικών μετρήσεων για τον καθορισμό του κατάλληλου συστήματος απόσβεσης των μακρυών καλωδίων καθώς και ο χαρακτηρισμός διαφόρων περιβαλλοντικών φορτίων (σεισμός, άνεμος κλπ) με ταυτόχρονη καταγραφή της απόκρισης του φορέα. Η εξέλιξη του συστήματος, μετά την απόκτηση της απαραίτητης εμπειρίας, το κατέστησε πολύτιμο εργαλείο διαχείρισης της κυκλοφορίας κάτω από ειδικά συμβάντα. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια ενός σεισμικού γεγονότος το σύστημα προχωρά σε ανάλυση των δεδομένων στέλνοντας σε πραγματικό χρόνο μηνύματα διαχείρισης κυκλοφορίας και προτεινόμενου επιπέδου επιθεώρησης. Συγκεκριμένα προεπιλεγμένα άτομα μπορούν να λάβουν μηνύματα σχετικά με το γεγονός, καθώς επίσης και μία αυτοματοποιημένη έκθεση η οποία δημιουργείται σε περίπου 5? από την έναρξη του γεγονότος και στέλνεται μέσω διαδικτύου.
Μια άλλη σημαντική πρόκληση για την επιτυχή ολοκλήρωση των απαραίτητων επιθεωρήσεων είναι η ασφαλής και αποδοτική πρόσβαση των επιθεωρητών σε κάθε επιλεγμένο σημείο. Για ένα μεγάλο ποσοστό των δομικών στοιχείων της Γέφυρας έχουν προβλεφθεί και κατασκευαστεί τα απαραίτητα μέσα πρόσβασης (εργατοεξέδρες πυλώνων/πλατφόρμες καταστρώματος κλπ), ενώ σε άλλα είναι απαραίτητη η χρησιμοποίηση κατάλληλου εξοπλισμού, όπως κινητές πλατφόρμες,πλατφόρμες αρνητικής κλίσης και οχημάτων απομακρυσμένου ελέγχου (ROV). Επίσης σε ορισμένες περιπτώσεις είναι απαραίτητη η χρήση εξειδικευμένου προσωπικού (εναερίτες για την επιθεώρηση των καλωδίων και των εξωτερικών επιφανειών των πυλώνων/δύτες για τις υποθαλάσσιες επιθεωρήσεις). Αξίζει να σημειωθεί ότιη χρήση εξοπλισμού προηγμένης τεχνολογίας δεν διασφαλίζει την ποιότητα του αποτελέσματος αν δεν έχει προηγηθεί κατάλληλη προετοιμασία και μελέτη (π.χ σε ειδικές μεθοδολογίες, εξοπλισμό hardware και λογισμικό) για τον προσδιορισμό των επιθυμητών αποτελεσμάτων. Χαρακτηριστικά, η επιλογή ενός ROV για τις υποθαλάσσιες επιθεωρήσεις χωρίς την πρόβλεψη ενός αποδοτικού μηχανισμού για την καταγραφή της θέσης του (σε κάθε δεδομένη χρονική στιγμή) θα οδηγούσε σε ένα τεράστιο πλήθος πληροφοριών (βίντεο ωρών) που δεν θα ήταν πρακτικά επεξεργάσιμο και τελικά χρήσιμο.
Από τη μέχρι τώρα περιγραφή έχει γίνει κατανοητό ότι η συστηματική επιθεώρηση και συλλογή στοιχείων ανά τακτά χρονικά διαστήματα οδηγεί σε έναν τεράστιο όγκο δεδομένων, τα οποία πρέπει να είναι αξιόπιστα, εύκολα προσβάσιμα και να παραμένουν διαχειρίσιμα. Προς αυτόν το στόχο κρίνεται απαραίτητος ο εφοδιασμός των επιθεωρητών με υπολογιστές χειρός, ώστε να έχουν πρόσβαση τόσο στη περιγραφή της υπό εξέταση κατασκευής (ειδικά σχέδια επιθεωρήσεων) όσο και στα σημεία ελέγχου, ανάλογα με τον τύπο της επιθεώρησης, και να μπορούν να καταγράψουν απευθείας στη βάση δεδομένων τα ευρήματα συγκρίνοντάς τα με αυτά προηγούμενων επιθεωρήσεων.
Το τελευταίο αλλά και πιο χρήσιμο κομμάτι στη διαχείριση της Γέφυρας είναι η επεξεργασία των δεδομένων και η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων χρησιμοποιώντας εργαλεία που προσφέρει η πληροφορική. Η ύπαρξη ενιαίας βάσης δεδομένων είναι αναγκαία αλλά όχι ικανή συνθήκη, αφού πρέπει να συμπληρώνεται με ένα πλήθος εργαλείων (υπολογιστικών) που θα επιτρέπουν από την αυτοματοποιημένη παραγωγή εκθέσεων (factual) έως τη δυνατότητα ανάλυσης και συγκριτικής παρουσίασης όλων των δεδομένων (απόλυτη παραμετροποίηση). Η επεξεργασμένη, μέσω ανάλυσης, εξαγωγή δεδομένων εξυπηρετεί τη λεπτομερή οργάνωση των επεμβάσεων συντήρησης (π.χ. προετοιμασία αποδοτικών μέσων πρόσβασης, εργαλείων και υλικών). Η ενδελεχής παρακολούθηση των εργασιών συντήρησης (έλεγχος κόστους, παρακολούθηση υλικών, αρχεία Ποιοτικού Ελέγχου) επιτυγχάνεται μέσω ανεξάρτητων (από τις επιθεωρήσεις) υπολογιστικών εργαλείων, συμβάλλοντας σ? ένα ολοκληρωμένο σύστημα Επιθεωρήσεων/Συντήρησης.
Η σωστή διαχείριση ενός ιδιαίτερα σημαντικού τεχνικού έργου, όπως η γέφυρα «Χαρίλαος Τρικούπης», επιβάλλει καινοτόμους τρόπους αντιμετώπισης με χρήση προηγμένων εργαλείων για την αποτελεσματική καταγραφή, εξαγωγή και επεξεργασία της απαραίτητης πληροφορίας.
Η ασφάλεια και μακροβιότητα ενός έργου και το βέλτιστο κόστος συντήρησης είναι στόχοι εξίσου απαιτητικοί και αλληλένδετοι με την κατασκευή του και θα πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη από την αρχή, τουλάχιστον για τα μεγάλα τεχνικά έργα, με γνώμονα την διατήρηση των παγίων (υποδομών) που αποτελούν δημόσια περιουσία και σημαντικό μοχλό ανάπτυξης μιας χώρας.

*Ο κ. ʼρης Σταθόπουλος-Βλάμης, είναι Τεχνικός Διευθυντής της εταιρίας Γέφυρα Α.Ε.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ
WordPress Ads