Ανάλυση και Βελτιστοποίηση της Ανθεκτικότητας Σημαντικών Κατασκευών με τη Χρήση Αισθητήρων (Επιταχυνσιομέτρων) και Προχωρημένων Υπολογιστικών Τεχνικών Προσομοίωσης

Innovative & Dynamic Risk Assessment Strategies (IDRAS)

Πρόσφατα σχετικά φυσικά συμβάντα με καταστροφικές δομικές και κοινωνικοοικονομικές συνέπειες ανά την υφήλιο (Σεισμός Τουρκία 2023, 7.8 Ρίχτερ) υπογραμμίζουν την αναγκαιότητα για πιο ανθεκτικές κατασκευές. Επιπλέον, σε όλο και μεγαλύτερη συχνότητα, παρατηρούνται αστοχίες έως και καταρρεύσεις κατασκευών υπό συμβατικές δράσεις, λόγω φθοράς από τον χρόνο, καθώς ο υφιστάμενος πλούτος κτηρίων και έργων υποδομής έχουν κατασκευαστεί με χαμηλότερης ποιότητας και γηρασμένα πλέον υλικά και τεχνολογίες δόμησης, ή/και έχουν ξεπεράσει τον προβλεπόμενο συμβατικό χρόνο ζωής τους. Η ασφάλεια των κατασκευών (π.χ. νοσοκομεία, σχολεία, δημόσια κτίρια) και των χρηστών τους σε περίπτωση ακραίων (σεισμός) αλλά και συνήθων δράσεων (γήρανση, περιβαλλοντική έκθεση) είναι μείζωνος σημασίας.

Σε μια προσπάθεια πρόληψης και θωράκισης των σχολείων έναντι σεισμού, ο δήμος Μυτιλήνης από την αρχή του 2023 έχει έρθει σε συνεργασία με την εταιρεία IDRAS (Innovative & Dynamic Risk Assessment Strategies), η οποία συνεργάζεται με τον κ. Χρήστο Ζέρη, Ph.D. (Καθηγητής ΕΜΠ - Διευθυντής του Εργαστηρίου Οπλισμένου Σκυροδέματος), τον κ. Ανδρέα Σταυρίδη, Ph.D. (Αναπληρωτής Καθηγητής - University at Buffalo, NY, USA) και τον κ. Αλέξανδρο Νικέλλη, Ph.D. (Structural and Earthquake Engineer - University at Buffalo, NY, USA), για να προβεί σε προσεισμικό έλεγχο και να ποσοτικοποιήσει την επικινδυνότητα σε σχολικό συγκρότημα έναντι γήρανσης, περιβαλλοντικής έκθεσης και σεισμών.

Η εταιρεία IDRAS θα προβεί σε μετρήσεις στο πεδίο, με σύγχρονα όργανα. Θα ελέγξει τη κατάσταση διάβρωσης των οπλισμών, θα συλλέξει δοκίμια σκυροδέματος και θα ελέγξει την αντοχή τους στο εργαστήριο. Επιπλέον, θα αξιολογήσει τη δομητική κατάσταση των κτηρίων χρησιμοποιώντας πρωτοποριακές μεθόδους με αισθητήρες-σένσορες.

Στη μελέτη αυτή θα τοποθετηθούν αισθητήρες στα σχολεία και δημόσια κτήρια (smartbuilding) και θα συλλεγούν πληροφορίες (data collection) από τις καθημερινές δονήσεις τους λόγω της ανθρώπινης δραστηριότητας, επερχόμενων κοντινών οχημάτων κ.α.

Η εταιρεία IDRAS, θα αναλύσει της πληροφορίες που θα συλλέξει από τους αισθητήρες και θα μελετήσει τη σεισμική απόκριση των κτηρίων στον υπολογιστή με εξειδικευμένα λογισμικά (Open Sees, SAP2000, ETABS, Seismostruct), τα οποία υποστηρίζονται και συνεχώς αναβαθμίζονται από εταιρείες αλλά και πανεπιστήμια των Η.Π.Α. Τα κτήρια θα αναλυθούν στον υπολογιστή κάτω από πραγματικές καταγραφές παλαιότερων σεισμών, θα ποσοτικοποιηθεί η πιθανότητα αστοχίας και κατάρρευσης και θα επιλεγεί η βέλτιστη στρατηγική αντισεισμικής  ενίσχυσης.

Τα αποτελέσματα της μελέτης αυτής θα χρησιμοποιηθούν για την έγκυρη εκταμίευση κονδυλίων με στόχο την πρόληψη αστοχιών σε περίπτωση σεισμού και την αντισεισμική ενίσχυση των σχολικών κτιρίων με σκοπό την μεγιστοποίηση της αντισεισμικής τρωτότητας τους και κατ’ επέκταση της βιώσιμης ανάπτυξης της κοινωνίας και της προστασίας των μαθητών.

Η επιστημονική ομάδα:

Χρήστος Ζέρης, Ph.D. (Καθηγητής ΕΜΠ -Διευθυντής του Εργαστηρίου Οπλισμένου Σκυροδέματος):

Αποφοίτησε από την σχολή Πολιτικών Μηχανικών του Imperial College, Παν. του Λονδίνου. Συνέχισε τις μεταπτυχιακές, διδακτορικές, και μεταδιδακτορικές σπουδές του στον τομέα της δομοστατικής μηχανικής της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών στο University of California, Berkeley. Επιστρέφοντας στην Ελλάδα εργάστηκε σαν μελετητής και επιβλέπων ιδιωτικών και δημοσίων έργων (είναι κάτοχος Πτυχίου Γ’ τάξεως σε έργα Δομοστατικού), καθώς και στις εταιρείες Frank Basil ΑΕ (ως Chief Structural Engineer), σε έργα στην Ελλάδα και στο εξωτερικό και, κατόπιν, Parsons Group International (σαν Principal Structural Engineer) στη μελέτη και επίβλεψη του Νέου Διεθνούς Αερολιμένα Αθηνών στα Σπάτα. Από το 2000 εντάχθηκε σαν μέλος ΔΕΠ στη Σχολή Πολιτικών Μηχανικών ΕΜΠ, όπου και εργάζεται έως σήμερα στη βαθμίδα του Καθηγητή και Διευθυντή του Εργαστηρίου Οπλισμένου Σκυροδέματος. Στην τρέχουσα διετία είναι και Διευθυντής του Τομέα Δομοστατικής της Σχολής. Η έρευνα του, μέχρι στιγμής έχει χρηματοδοτηθεί από Ευρωπαϊκούς και Εθνικούς πόρους (ΓΓΕΤ, ΟΑΣΠ, ΠΑΒΕ/ΕΜΠ), και τον ιδιωτικό τομέα (ΑΓΕΤ Ηρακλής, ΑΣΠΡΟΦΟΣ). Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα επικεντρώνονται στο σχεδιασμό δομημάτων από σκυρόδεμα, στην πειραματική και αριθμητική αποτίμηση της σεισμικής τρωτότητας και βελτίωση της συμπεριφοράς υφισταμένων και νέων κατασκευών υπό συνήθη και ακραία φορτία και στην ανάπτυξη νέων σκυροδεμάτων υψηλής επιτελεστικότητας. Στα πλαίσια ερευνητικών προγραμμάτων, έχει πραγματοποιήσει πειράματα μεγάλης κλίμακας στο Εργαστήριο Οπλισμένου Σκυροδέματος στο ΕΜΠ σε δομικά στοιχεία από οπλισμένο ή προεντεταμένο σκυρόδεμα, με ή χωρίς ενίσχυση, υπό συνθήκες πυρκαγιάς, ή /και με χρήση νέων υλικών όπως ινόπλιση, εξωτερική όπλιση με ανθρακονήματα, προσθήκη νανοσωλήνων ή στοιχεία από φέρον ελαφροσκυρόδεμα. Από το 2007 είναι μέλος της Επιτροπής ΕΛΟΤ ΤΕ20 «Σκυρόδεμα» όπου και διετέλεσε Εθνικός εκπρόσωπος στην CEN/TC104 και SC1 που εκδίδει το Πρότυπο ΕΝ206, καθώς και, από το 2013, μέλος της Εκδοτικής ομάδας και, πλέον, της Μόνιμης Επιτροπής Τεχνολογίας Σκυροδέματος του ΥΠΗΜΕΔΙ που εκδίδει τον Κανονισμό Τεχνολογίας Σκυροδέματος (έκδοση 2016 και εξής). 

Ο Χρήστος Ζέρης διδάσκει ή έχει διδάξει όλα τα μαθήματα σχετικά με το σχεδιασμό έργων από οπλισμένο και προεντεταμένο σκυρόδεμα, και την επιλογή Ειδικά Κεφάλαια στο Οπλισμένο Σκυρόδεμα του προπτυχιακού κύκλου σπουδών της Σχολής Πολιτικών Μηχανικών ΕΜΠ, καθώς και τα μεταπτυχιακά μαθήματα Μη Γραμμική Ανάλυση Ραβδόμορφων Φορέων με Πεπερασμένα Στοιχεία και Προχωρημένη Τεχνολογία Σκυροδέματος. Στο παρελθόν έχει κληθεί να διδάξει τα μαθήματα Οπλισμένου Σκυροδέματος στη Σχολή Αρχιτεκτόνων ΕΜΠ και στη Σχολή Τεχνικής Εκπαίδευσης Αξιωματικών του Μηχανικού του ΓΕΣ (ΣΤΕΑΜΧ).

Ανδρέας Σταυρίδης, Ph.D. (Αναπληρωτής Καθηγητής – University at Buffalo NY USA):

Αποφοίτησε απο την σχολή Πολιτικών Μηχανικών του ΕΜΠ. Συνέχισε τις μεταπτυχιακές, διδακτορικές, και μεταδιδακτορικές σπουδές του στο UniversityofCalifornia, SanDiego στον τομέα της δομοστατικής μηχανικής και αντισεισμικής τεχνολογίας. Είναι Αναπληρωτής Καθηγητής στο Department of Civil, Structural and Environmental Engineering στο University at Buffalo. Η έρευνα του, μέχρι στιγμής έχει χρηματοδοτηθεί από NSF, NIST, USGS, ATC, NYS-DOT, FHWA και τον ιδιωτικό τομέα, και επικεντρώνεται στην αποτίμηση και βελτίωση της συμπεριφοράς υφισταμένων και νέων κατασκευών υπό συνήθη και ακραία φορτία. Πραγματοποιεί πειράματα μεγάλης κλίμακας στο εργαστήριο σε κατασκευές και μη φέροντα στοιχεία, με ή χωρίς ενίσχυση, καθώς και σε νέα ή παλαιά κτήρια και γέφυρες με βλάβες στο πεδίο; αναπτύσσει και επικυρώνει λεπτομερείς και απλουστευμένες αριθμητικές και αναλυτικές μεθόδους για την προσομοίωση της απόκρισης τέτοιων κατασκευών σε συνηθισμένα και ακραία φορτία· χρησιμοποιεί μεθόδους ταυτοποίησης συστήματος για να εντοπίσει και να ποσοτικοποιήσει τις βλάβες· και αξιολογεί τις επιπτώσεις των βλαβών στην απομένουσα αντοχή και τη διάρκεια ζωής των κατασκευών. Στα πλάισια ερευνητικών προγραμμάτων, έχει επιβλέψει την εγκατάσταση επιταχυνσιομέτρων και την ανάλυση των καταγραφών σε κατασκευές με φθορές λόγω της ηλικίας τους  και φθορές από σεισμό. 

Η μεθοδολογία εκτίμησης της τρωτότητας τοιχοπληρωμένων πλαισίων ΟΣ που πρότεινε ο Ανδρέας Σταυρίδης με την ερευνητική του ομάδα υιοθετήθηκε από το ASCE/SEI 41-17 και 41-22. Μια εναλλακτική μεθοδολογία που πρότεινε υιοθετήθηκε από το ATC 78-7 / FEMAP-2018. Έχει εξετάσει και κρίνει τον νέο σεισμικό κώδικα σε τοιχοπληρωμένα πλαίσια ΟΣ στη Νέα Ζηλανδία, και ερευνητικές προτάσεις σε ΗΠΑ, Καναδά, Ιταλία, Ελλάδα, και Ισραήλ. Συμμετείχε με τους διδακτορικούς φοιτητές του σε τέσσερα ταξίδια αναγνώρισης και καταγραφής που χρηματοδοτήθηκαν από NSF / USGS / ATC στο Νεπάλ μετά τον σεισμό του 2015, και την Πόλη του Μεξικού μετά τον σεισμό του 2017.

Ο Ανδρέας Σταυρίδης διδάσκει, μεταξύ άλλων μαθημάτων, το μεταπτυχιακό μάθημα Προχωρημένη Δυναμική των Κατασκευών και Αντισεισμική Μηχανική. Στο παρελθόν έχει διδάξει το μεταπτυχιακό μάθημα για την Δυναμική των Κατασκευών. Επίσης, δίδαξε κατόπιν πρόσκλησης ένα σύντομο μάθημα στο Σχεδιασμό Οπλισμένης Τοιχοποιίας στο Πανεπιστήμιο της Μπρέσια στην Ιταλία, σύντομα μαθήματα Αντισεισμικής Μηχανικής που χρηματοδοτήθηκαν από το USAID στο Κατμαντού, στο Νεπάλ, και ένα σύντομο μάθημα για την Αποτίμηση της Σεισμικής Συμπεριφοράς κτηρίων στο Πανεπιστήμιο ESPE στο Κίτο, στο Εκουαδόρ. Προσκλήθηκε επίσης από πανεπιστήμια στην Αργεντινή και την Ινδία να τα επισκεφθεί και να συνεργαστεί με τους εκεί ερευνητές ως ειδικός του ιδρύματος Fulbright.

Αλέξανδρος Νικέλλης, Ph.D. (Structural and Earthquake Engineer – University at Buffalo NY USA):

Αποφοίτησε απο τη σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Τομέας Δομοστατικής, του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ). Συνέχισε τις μεταπτυχιακές, διδακτορικές, και μεταδιδακτορικές σπουδές του στο UniversityatBuffalo, StateUniversityofNewYork (S.U.N.Y.), στο τομέα της δομοστατικής μηχανικής και αντισεισμικής τεχνολογίας. Το 2019 εκπόνησε τη διδακτορική διατριβή με τίτλο: “Risk-informed decision making for civil infrastructure subjected to single and multiple hazards”. Κατά τις διδακτορικές του σπουδές πρότεινε σχέδια ποσοτικοποιήσης και διαχείρησης ρίσκου έναντι φυσικών καταστροφών (π.χ. σεισμός, τυφώνας, πλημμύρα) τα οποίο εφάρμοσε σε ουρανοξύστες στις Η.Π.Α. καθώς επίσης και σε οδικά δίκτια και αντιπλημμυρικά έργα. Ειδικεύεται σε στοχαστικές, πιθανοτικές αναλύσεις, δομοστατική και αντισεισμική μηχανική, ποσοτικοποιήση ρίσκου και οικονομικών απωλειών λόγω φυσικών καταστροφών, ανάλυση κόστους-οφέλους στρατηγικών ενίσχυσης των κατασκευών. Έχει παρουσιάσει την έρευνα του σε διεθνή συνέδρια και σε διακεκριμένες επιστημονικές εφημερίδες των Η.Π.Α. Έχει σχεδιάσει και διδάξει προπτυχιακό μάθημα δομοστατικής μηχανικής στο UniversityatBuffalo (S.U.N.Y.). ‘Εχει συνεισφέρει επιστημονικά σε επιτυχή σχέδια έρευνας μαζί με καθηγητές από το University at Buffalo (S.U.N.Y.) με τα οποία απορροφήθηκαν κονδύλια για έρευνα από το National Science Foundation και National Institute of Standards and Technology των Η.Π.Α. Εχει εργαστεί ως μηχανικός για την Berkshire Hathaway Specialty Insurance και την ομάδα Catastrophe Engineering and Analytics, όπου αξιολογεί το ρίσκο και τις οικονομικές απώλειες κατασκευών ανά την υφήλιο έναντι σεισμού και τυφώνα, κοστολογεί τα ασφάλιστρα μέσω στοχαστικών, πιθανοτικών αναλύσεων, κάνει έρευνα για την μοντελοποίηση της σεισμικής τρωτότητας κτηρίων και κατασκευάζει υπολογιστικά μοντέλα για την πρόβλεψη και κοστολόγηση παραμετρικών ασφαλιστικών προϊόντων έναντι σεισμού.