Le infrastrutture, durante il loro ciclo di vita e di operatività, sono soggette a degrado a causa del naturale invecchiamento dei materiali di cui sono costituite e a causa dell’esposizione a fenomeni naturali come terremoti, venti forti e altri eventi meteorologici straordinari. Proprio perché soggette al fenomeno del degrado, esse devono essere regolarmente sottoposte a monitoraggio allo scopo di mantenere i requisiti di sicurezza originari.
Il valore della sicurezza ha assunto negli ultimi decenni un’importanza decisiva nella cultura ingegneristica e per questa ragione il rischio deve essere gestito in tutte le fasi del ciclo di vita di una struttura, dalla progettazione alla realizzazione e dalla realizzazione alla manutenzione continua.
Il monitoraggio strutturale o Structural Health Monitoring è dunque l’attività di controllo, verifica e valutazione del comportamento strutturale di un’opera.
Le tecnologie sempre più avanzate oggi permettono di misurare gli effetti strutturali quali rotazioni, spostamenti e fessure e le variazioni generate da eventi naturali come vento, terremoti o cedimento dei terreni o dall’azione antropica.
Il vantaggio di un’attività di monitoraggio continua è appunto la possibilità di rilevare in tempo utile l’eventuale presenza di difetti o anomalie che pregiudicano il comportamento di un’infrastruttura e intervenire tempestivamente allo scopo di ripristinare i necessari requisiti di sicurezza e allungare il ciclo di vita della struttura stessa.
Il monitoraggio strutturale può essere statico o dinamico.
Il monitoraggio statico misura spostamenti e rotazione; il monitoraggio dinamico misura invece le vibrazioni naturali (vento, traffico) o indotte e monitora gli effetti delle vibrazioni sulle strutture. L’acquisizione di informazioni sul comportamento strutturale di un’opera sottoposta a eccitazioni naturali o indotte viene definita caratterizzazione dinamica.
Nel monitoraggio strutturale si impiegano sia strumenti che permettono di avere misurazioni effettuate manualmente da un tecnico professionista che sensori di rilievo automatico che convertono temperatura, lunghezza, inclinazione, in segnali elettrici che vengono inviati a una centralina di acquisizione (data logger) per essere memorizzati ed elaborati.
Un sistema di monitoraggio è costituito dai sensori, da un sistema di acquisizione e di raccolta dei dati e da un software che consente di elaborare i dati acquisiti e raccolti in modo da restituire al professionista le informazioni di cui necessita.
I sensori vengono istallati direttamente sulla struttura in esame e misurano spostamenti, accelerazioni, rotazioni; alcuni di questi dispositivi sono in grado di misurare anche altri parametri, definiti ambientali, come la temperatura interna ed esterna, l’umidità, la velocità del vento.
I sensori sono collegati tramite cavi o wireless a un sistema di acquisizione e raccolta dati; i dati che restituiscono i sensori vengono memorizzati e trasmessi a un dispositivo, ad esempio un PC da remoto, per essere poi analizzati e interpretati grazie a un software di gestione.
Prima di procedere con l’istallazione del sistema di monitoraggio è necessario stabilire quali siano le condizioni della struttura e a tale scopo si procede con varie tecniche, tra le quali, appunto, l’ispezione visiva, e altri test non distruttivi che vedremo successivamente nel dettaglio.
L’ispezione visiva permette di ottenere una panoramica generale delle condizioni della struttura e degli elementi strutturali attraverso la verifica di alcuni aspetti della struttura come i rivestimenti, la superficie del calcestruzzo, la presenza di fratture, deformazione, esposizione dei ferri di armatura, umidità, sporco, eventuali perdite.
Tra le tecniche non distruttive impiegate ai fini dell’acquisizione di dati sulla qualità e lo stato di una struttura ci sono:
La scelta dello strumento impiegato nelle operazioni di monitoraggio strutturale dipende da diversi fattori quali le condizioni ambientali, il livello di accuratezza e affidabilità della misurazione che si vuole ottenere e, ovviamente, il tipo di monitoraggio.
Negli ultimi anni, in seguito all’importanza che le attività di monitoraggio hanno assunto nella mitigazione del rischio e nella conservazione ottimale del costruito, gli strumenti e i sensori sono diventati sempre più precisi ed efficaci.
I trasduttori elettrici di spostamento vengono solitamente utilizzati nei monitoraggi strutturali di tipo dinamico e installati nei pressi delle lesioni o delle criticità e consentono di registrare eventuali spostamenti, scorrimenti e rotazioni di elementi resistenti di una struttura in muratura come i maschi murari o di elementi strutturali portanti.
Gli estensimetri a corda vibrante sono invece sensori che permettono di misurare le deformazioni e possono essere meccanici, acustici ed elettrici. La scelta deve cadere sul tipo di estensimetro più adeguato alle condizioni ambientali, alla temperatura, alla precisione di misurazione che si vuole ottenere.
Gli inclinometri permettono di misurare le inclinazioni, le rotazioni subite da un’opera sotto carico. Vengono fissati alla struttura e collegati a un sistema di acquisizione dati che permette di osservare il comportamento dell’opera a intervalli di tempo programmabili.
Gli inclinometri sono i sensori maggiormente impiegati per efficacia nella caratterizzazione dinamica delle strutture.
Gli accelerometri, invece, sono strumenti che consentono di misurare le vibrazioni o le accelerazioni di una struttura sotto carico e possono essere di due tipi, piezoelettrici o capacitativi.
Gli accelerometri piezoelettrici vengono utilizzati quando si vogliono misurare fenomeni vibratori tra 1-1000 Hz; gli accelerometri capacitativi quando ci sono oscillazioni a bassa frequenza inferiori a 0,1 Hz.
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