Expin - Monitoraggio strutturale

MONITORAGGIO STRUTTURALE

INDICE Monitoraggio strutturale

1

Monitoraggio statico

3

Monitoraggio ambientale

4

Monitoraggio dinamico

5

Strumentazione utilizzata

6

Specifiche tecniche

9

MONITORAGGIO STRUTTURALE STRUCTURAL HEALTH MONITORING (SHM) Il monitoraggio costituisce una tra le più importanti attività per il controllo e la valutazione dello stato di conservazione delle strutture del patrimonio storico architettonico. Mediante il monitoraggio è possibile ottenere indicazioni sullo stato attuale dell’opera e su possibili evoluzioni del suo comportamento.

L’importanza del monitoraggio è ribadita all’interno delle “Linee Guida per la valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale – allineamento alle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni”, documento approvato dal Consiglio superiore dei lavori pubblici nell’Assemblea Generale del 23 luglio 2010, prot. n. 92, contenente l’allineamento della DPCM del 12 ottobre 2007 alle nuove Norme tecniche per le costruzioni 2008, al cui interno viene infatti dedicato un intero paragrafo (§ 4.1.9) al tema specifico: “Il controllo periodico della costruzione è una pratica fortemente auspicabile poiché rappresenta il principale strumento per una consapevole conservazione, in quanto consente di programmare la manutenzione ed attuare in tempo, quando realmente necessari, gli interventi di riparazione, in caso di danno strutturale, e di consolidamento, finalizzato alla prevenzione.

Per impostare un programma di monitoraggio è necessario eseguire preventivamente una accurata analisi del funzionamento strutturale, e quindi una interpretazione dei dissesti in atto, in modo da definire i parametri più significativi che, misurati in continuo o con scadenze temporali adeguate, consentono di certificarne il buon comportamento ovvero di valutare eventuali evoluzioni pericolose per la stabilità di insieme o di singole parti dell’edificio.

Il monitoraggio visivo, inteso come controllo periodico dell’insorgenza di stati fessurativi, fenomeni di degrado, trasformazioni nella struttura e nell’ambiente circostante, rappresenta il punto di partenza di tale attività.

1

Informazioni aggiuntive possono essere acquisite attraverso il monitoraggio strumentale di alcuni parametri ritenuti significativi (movimento delle lesioni, spostamenti assoluti o relativi di punti della costruzione, rotazione di pareti o altri elementi). Il movimento delle lesioni può essere controllato pressoché in continuo e a distanza; occorre tuttavia considerare che, in relazione alla tipologia di dissesto, le soglie di pericolosità di tali spostamenti relativi possono essere anche molto diverse.

Il controllo geometrico della costruzione può essere eseguito mediante procedure di rilievo topografico, fotogrammetrico, o utilizzando tecniche innovative, come la nuvola di punti generata dal laser scanner (ovviamente tale metodologia non risulta esclusiva e deve essere attentamente valutata la precisione fornita in relazione alle soglie di movimento ritenute significative).

Il progetto di monitoraggio richiede una preliminare interpretazione del meccanismo di dissesto, che può spesso essere eseguita grazie alla meccanica dell’equilibrio delle murature considerate come corpo rigido; ciò permette di individuare una serie di punti notevoli da controllare. In alcuni casi, quando l’eventuale dissesto è ben compreso e possono essere definite soglie di sicurezza, il monitoraggio può rappresentare un’alternativa all’intervento, a vantaggio della conservazione. […]”

Expin, fin dalla sua nascita nel settembre 2010, si occupa di sviluppare e migliorare sistemi di monitoraggio statico, ambientale e dinamico.

2

MONITORAGGIO STATICO Il monitoraggio strutturale statico viene utilizzato per il controllo di parametri variabili lentamente durante un periodo di osservazione significativo a farne percepire la tendenza. Generalmente si utilizza per il controllo di lesioni in edifici, con parallela registrazione dei parametri ambientali. La lettura dei dati è a cadenza impostabile (ad es. oraria, o più fitta), con registrazione degli stessi per una durata suggerita pari ad almeno un’annualità. Con il monitoraggio statico si possono controllare gli spostamenti e rotazioni “assoluti” e “relativi” della struttura in tempo reale, con adeguati sensori che misurino le grandezze correlate ai controlli che si intende effettuare.

I sensori sono collegati via cavo o wireless all’unità centrale di acquisizione provvista di schede di acquisizione e PC per registrazione ed analisi dei dati.

Il sistema è provvisto di dispositivo di trasmissione dati in remoto, per l'invio quotidiano dei dati presso la nostra sede per l'analisi degli stessi.

3

MONITORAGGIO AMBIENTALE All’interno di edifici storici, musei e luoghi d’arte il controllo dei parametri ambientali si rivela necessario per prevenire i principali fenomeni di degrado, quali distaccamento, efflorescenze e subflorescenze, depigmentazione, dilatazioni e restringimenti, fessurazioni e processi chimico-biologici.

Anche qui un’unica centralina registra i segnali provenienti dai sensori e permette di monitorare in tempo reale il sistema dal proprio pc, ovunque ci si trovi. Gli impianti possono essere cablati o wireless.

I principali parametri ambientali monitorati sono: temperatura; umidità relativa; velocità dell’aria; luce; CO2.

4

MONITORAGGIO DINAMICO Il monitoraggio “dinamico” consente di individuare le caratteristiche vibrazionali – e comunque di natura dinamica - della struttura oggetto di indagine (frequenze, modi propri, smorzamenti).

Un sistema di monitoraggio dinamico è composto da sensori (in prevalenza accelerometri), da un sistema di acquisizione e trasmissione dei dati e da un database per l’effettiva raccolta dei dati e la diagnosi strutturale.

Le acquisizioni possono riguardare le accelerazioni, le velocità o gli spostamenti di alcuni punti indicativi della struttura. Le registrazioni possono essere eseguite ad intervalli di tempo regolari, registrate in continuo a basse frequenze di campionamento oppure attivate al superamento di un livello “di soglia” prestabilito.

I dati acquisiti vengono elaborati per rapportare il livello di vibrazioni ai limiti suggeriti o imposti dalle normative di riferimento. La norma UNI 9916 detta le metodologie da seguire durante le misurazioni, il trattamento dei dati e la valutazione degli effetti delle vibrazioni sull’edificio, identificando anche le possibili sorgenti di vibrazione ed i fattori che influenzano la risposta strutturale degli edifici alle vibrazioni stesse.

5

STRUMENTAZIONE UTILIZZATA Trasduttori di spostamento Per la valutazione delle variazioni “relative” di misura si utilizzano trasduttori di spostamento (fessurimetri elettronici ad alta precisione), applicati ai lembi delle principali lesioni individuate, posti a controllo del comportamento deformativo delle stesse lesioni.

Normalmente le fessure degli edifici storici si comportano in modo “ciclico” in assenza di fenomeni di degrado in essere. Se invece vi sono fenomeni – ad esempio di allargamento delle fessure – attivi, le letture degli strumenti tendono ad aumentare, evidenziando chiaramente il problema.

Estensimetri a filo Qualora fossero necessarie dimensioni maggiori, si possono utilizzare estensimetri a filo. Tali strumenti permettono di monitorare le variazioni di distanza tra punti distanti fino a 30 metri.

Gli estensimetri sono particolarmente utilizzati per la misura della convergenza di pareti contrapposte, colonnati, capannoni e nelle gallerie non in esercizio. Grazie ad un encoder e un dinamometro viene mantenuto in tensione un filo in acciaio inox o Invar e nello stesso tempo viene determinato l’allungamento o l’accorciamento.

6

Inclinometri mono e biassiali Per il reperimento delle grandezze “assolute” di rotazione vengono utilizzati inclinometri monoassiali o biassiali ad alta precisione posti in sommità delle strutture, al fine di stabilire con adeguato margine di precisione le eventuali variazioni angolari del macroelemento individuato. In tal modo è possibile monitorare sia l’entità del fenomeno in gioco che la sua velocità di evoluzione.

In genere i clinometri elettrici di superficie possono incorporare un unico sensore (monoassiali) o due sensori montati su piani ortogonali (biassiali).

Strain gauges In presenza di elementi metallici è utile l’installazione di strain gauges, per la misurazione delle deformazioni puntuali.

Si può risalire all’allungamento/contrazione dell’elemento controllato e – conoscendo il modulo di rigidezza del materiale costituente – risalire alla tensione o forza presente nell’elemento stesso, a partire dalle variazioni dimensionali dello strain gauge causate dalle corrispondenti deformazioni dell’oggetto cui lo stesso è vincolato.

7

Videocamere In presenza di superfici affrescate, dove l’utilizzo di trasduttori di spostamento sarebbe troppo invasivo, si può ricorrere a videocamere ottiche telecentriche ad alta definizione per il controllo diretto di eventuali distorsioni.

Al fine di visualizzare lo spostamento e le eventuali variazioni delle lesioni vengono incollati sulla superficie dei piccoli target ottici, mediante collante che non danneggi l’affresco.

Accelerometri e velocimetri Gli accelerometri e i velocimetri sono strumenti di misura in grado di rilevare e/o misurare rispettivamente l'accelerazione e la velocità.

Vengono usualmente impostate due strategie di reperimento dei dati: un’acquisizione “lunga” ad intervalli regolari, per consentire successive identificazioni strutturali mediante vibrazioni ambientali in differenti condizioni termoigrometriche (ciclo stagionale), ed un’acquisizione “breve” che viene effettuata automaticamente quando le vibrazioni superano la soglia prefissata (evento significativo).

8

SPECIFICHE TECNICHE Trasduttore di spostamento

Range di misura tipico

50÷100 mm

Precisione

<0,01 mm Estensimetro a filo

Lunghezza di misura

300 mm

Precisione

±0.15 mm Inclinometro biassiale

Range di misura

±0.5°

Precisione

0.0001° Strain gauge

9

Resistenza nominale

120 ± 0.35% Ohm

Gage Factor

2,04 ± 1.0%

Videocamera

Risoluzione

min. 1280X1024

Potenza assorbita (12 V)

<3,6 W

Accelerometro

Sensitività

1019.4 mV/(m/s²)

Range di misura

4.9 m/s² pk Velocimetro

Range di misura

Da 0 a 25.4mm/s picco

Frequenza

Da 3 a 1000 Hz

10

Sensore temperatura-umidità relativa

Range di lavoro RH

0 ÷ 100 % RH

Range di lavoro temperatura

-40.00...+60.00°C

Velocità dell’aria

Campo di lavoro

0…5 m/s

Accuratezza

± 0.15 m/s 25°C Illuminamento

Sensore

fotodiodo

Sensitività

5-500 mV/lux Misuratore di CO2

11

Range di lavoro

0÷2000 ppm

Tempo di risposta

< 195 s

EXPIN s.r.l. sede Legale: via Pisacane 34, 35138 Padova sede operativa: via PanĂ 56-ter, 35027 Noventa Padovana (PD) C.F./P.I. 04502850284 - tel/fax: 049 761595 www.expin.it - info@expin.it