Sensori per il monitoraggio: misura cedimenti, forze e inclinazioni

Sensori per il monitoraggio: misura dei cedimenti, delle forze e delle inclinazioni

sensori di monitoraggio

L’utilizzo dei sensori per il monitoraggio consente di eseguire un’attenta analisi del comportamento strutturale finalizzata alla definizione dei parametri che meglio rappresentano lo stato globale della costruzione. In linea generale, i principali obiettivi per cui viene usualmente scelto un sistema di monitoraggio sono:

-il controllo dell’eventuale superamento di uno stato limite (tramite la definizione dei valori di una serie di parametri rappresentanti l’avvicinarsi dello stato limite stesso);

-la valutazione dell’impatto sul comportamento globale di un meccanismo di degrado (attraverso il controllo nel tempo, a parità di condizioni di carico, del comportamento di un elemento o della struttura nel suo complesso).

I parametri di controllo scelti rappresenteranno quindi il punto di partenza per la definizione più tecnica del sistema di monitoraggio, a partire dalla tipologia di sensori per il monitoraggio previsti e dalla relativa frequenza di campionamento, fino ad arrivare al sistema di raccolta ed elaborazione dei dati.

Ad esempio, uno degli obiettivi di un sistema di monitoraggio può essere quello di valutare e tenere sotto controllo l’abbassamento di un edificio nel tempo a causa dei cedimenti del terreno e, quindi, del sistema di fondazioni. Vediamo nel dettaglio la misura dei cedimenti, delle forze e delle inclinazioni.

Sensori per il monitoraggio: misura dei cedimenti

Questo tipo di verifica, utile per la valutazione delle sollecitazioni che possono nascere in una struttura, soprattutto in presenza di cedimenti dif­ferenziali tra porzioni di uno stesso fabbricato, si può fondamentalmente ricondurre ad una misura degli spostamenti. Dal momento che, tuttavia, per la misurazione di uno spostamento relativo è necessario disporre di un pun­to fisso di riferimento, non possono essere impiegati i trasduttori, per i quali è necessario che i due punti (fisso e mo­bile) siano particolarmente vicini.

Per questo tipo di applicazioni la soluzione è solitamente costituita dal rilievo topografico di alcuni punti della struttura. In fase di realizzazione dell’edificio dovranno essere predisposti uno o più punti di riferimento per le misurazioni (capisaldi), i quali presumibilmente non saranno soggetti a spostamenti e cedimenti nel tempo e che costituiranno la base per la realizzazione di una rete topografica.

Grazie alla posa sulla struttura di alcune mire, situate in posizioni specifiche in funzione del comportamento atteso, sarà quindi possibile traguardarle periodicamente in modo da valutarne lo spostamento assoluto e relativo nel tempo. Questa pratica offre fondamentalmente due importanti possibilità: da un lato è molto utile per capire come la struttura si muova in relazione ai cedimenti del terreno e dall’altra può essere utilizzata per la valutazione degli spostamenti che essa subisce in seguito a particolari condizioni di carico.

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Un esempio: nei palazzetti sportivi e negli stadi di calcio può capitare di do­ver installare o sostituire dei maxischermi, che nella maggior parte dei casi sono realizzati attraverso mattonelle luminose fissate ad una retro-struttura metallica, a sua volta appesa alle strutture di copertura.

Durante la progetta­zione di questi elementi, il progettista ipotizza il comportamento statico dei nuovi elementi e delle strutture esistenti, progettando di conseguenza i nodi e i dettagli costruttivi. Tuttavia, per le difficoltà di montaggio (lavori in quo­ta, ecc.) non è sempre scontato che le previsioni fatte a tavolino rispecchino quanto poi effettivamente realizzato, soprattutto in relazione alle condizioni di vincolo nei confronti della struttura esistente.

La possibilità di fare delle rilevazioni circa lo spostamento che subisce una determinata struttura a seguito dell’applicazione di un carico puntuale può essere di aiuto per capire se il comportamento in opera si avvicina o meno a quanto effettivamente immaginato in sede di progettazione, confermando la realizzazione secondo quanto previsto o segnalando eventuali anomalie per cui possono essere necessarie ulteriori verifiche. Inoltre, un grande punto a favore di questo tipo di rilievo consiste nel fatto che può essere applicato, anche a posteriori, su qualunque struttura.

Nel campo dell’ingegneria civile, per fare un altro esempio, questo tipo di pratica è spesso utilizzata per il monitoraggio delle dighe. Le dimensioni di questo tipo di interventi e la particolare conformazione geometrica rendono il metodo del monitoraggio topografico l’unico in grado di poterne apprezza­re il fenomeno deformativo, che a sua volta può essere legato al livello di pie­na così come ad un malfunzionamento o ad una riduzione della resistenza. Anche in questo caso, valutando i risultati ottenuti in funzione della confi­gurazione di carico e confrontandoli con i risultati attesi è possibile cogliere eventuali problemi in modo da poter intraprendere il più idoneo processo di riabilitazione strutturale.

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Sensori per il monitoraggio: misura delle forze

Può capitare, in determinate situazioni, anche di voler monitorare i ca­richi di compressione agenti in un determinato punto della struttura. Per questo tipo di rilevazioni sono spesso utilizzate le “celle di carico”, che non sono altro che degli strumenti per la misura delle forze. Il principio di funzionamento di questo tipo di strumenti si basa sull’utiliz­zo di un elemento di materiale, dimensioni e modulo elastico noto.

Applicando ad esso un estensimetro e conoscendo le proprietà del materiale è possibile, in funzione della deformazione avvenuta, risalire al carico che l’ha provocata. Come è prevedibile, esistono sensori per il monitoraggio di questo tipo di diverse dimensioni, in relazione al range di carichi per cui è previsto essi vengano utilizzati.

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Sensori per il monitoraggio: misura delle inclinazioni

Le misure inclinometriche rientrano nel grande gruppo di quelle rilevazioni atte a valutare lo spostamento e la deformazione della struttura nel tempo. Esse sono utili per valutare lo scostamento di un elemento strutturale da una determinata direzione. Uno dei principali campi di applicazione di questo tipo di sensori per il monitoraggio è sicuramente rappresentato dal monitoraggio dei ponti, sia per quanto riguarda le pile sia per quanto concerne gli elementi con cui sono realizzate le varie campate. Uno dei principi su cui si basano questi strumenti per la misura delle inclinazioni è quello del livello idrostatico. In particolare, l’inclinazione può essere facilmente desunta a partire dalla misura della differenza di quota di un liqui­do inserito in due vasi comunicanti.

Il testo è di Fabio Manzone ed è tratto dal volume “Controllo e monitoraggio strutturale degli edifici”.

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