Monitoraggio dinamico edifici e evoluzione delle performance strutturali

Monitoraggio dinamico edifici e evoluzione delle performance strutturali

monitoraggio dinamico edifici

Il monitoraggio dinamico edifici viene utilizzato sempre più frequentemente per determinare il livello di sicurezza degli edifici e costituisce un valido supporto alle indagini conoscitive classiche.

La strumentazione è composta essenzialmente da una serie di accelerometri, in grado di acquisire le vibrazioni a cui è sottoposto il manufatto e da una centralina di acquisizione che analizza, gestisce ed elabora i dati.

Grazie alla potenza di calcolo oggi ampiamente disponibile, tale tecnica risulta particolarmente affidabile e soprattutto non invasiva, in quanto è sufficiente installare gli accelerometri in punti opportuni della struttura e collegarli alla centralina di acquisizione.

Inoltre, grazie alla disponibilità di accelerometri ad alta sensibilità, è possibile misurare la risposta strutturale alle sole azioni ambientali; senza perciò la necessità, pressoché obbligatoria in tempi passati, di eccitare la struttura mediante dispositivi appositi (vibrodine) il cui utilizzo risultava spesso invasivo e caratterizzato da un elevato costo economico.

Monitoraggio dinamico edifici

Fig.1_Monitoraggio dinamico: catena di misura e procedura

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Monitoraggio dinamico edifici: l’importanza dell’identificazione dinamica

Attraverso l’analisi dei dati acquisiti (accelerazioni), è possibile risalire ai principali parametri modali del manufatto (frequenze proprie, smorzamenti e forme modali) e conoscerne il comportamento dal punto di vista dinamico. Sono queste le tre grandezze fondamentali che caratterizzano un sistema strutturale e che costituiscono “l’impronta digitale” della struttura.

Oggi, il passaggio dai segnali accelerometrici acquisiti (time histories) ai parametri modali del manufatto, è demandato ad appositi software disponibili in commercio che eseguono in maniera praticamente automatica la soluzione matriciale del modello agli autovalori.

Le informazioni ottenute da questo tipo di indagine costituiscono perciò un fondamentale strumento di supporto per la conoscenza dinamica dell’edificio ed un tassello indispensabile nella caratterizzazione complessiva delle strutture.

Il monitoraggio dinamico edifici costituisce inoltre l’unico strumento che consente di calibrare opportunamente il modello ad elementi finiti (F.E.M.) con cui vengono effettuate le analisi strutturali, al fine di riprodurre un modello numerico quanto più simile alla struttura reale. Dopo la corretta caratterizzazione dei materiali costituenti, infatti, solo la corrispondenza tra i parametri dinamici ottenuti in situ e quelli ottenuti dal modello FEM possono garantire la calibrazione di quest’ultimo.

In ultima analisi, è superfluo elencare in questa sede gli innumerevoli vantaggi che scaturiscono dall’utilizzare un modello FEM calibrato nell’ambito di miglioramenti o adeguamenti sismici di strutture esistenti.

Monitoraggio dinamico edificio

Fig.2_Calibrazione di modelli numerici a elementi finiti: confronto tra le forme modali ottenute numericamente e sperimentalmente

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Diagnosi strutturale e identificazione del danno attraverso il monitoraggio dinamico edifici

Un sistema di monitoraggio dinamico può inoltre essere installato in maniera permanente, durante l’intera vita utile di una struttura.

In questo caso la rete di sensori integrata alla struttura diventa un vero e proprio “impianto” in grado di acquisire i dati in maniera continua: a seguito di un evento calamitoso sarà quindi possibile effettuare in maniera quasi immediata una stima delle condizioni di salute del manufatto attraverso una diagnosi approfondita, avendo a disposizione le esatte accelerazioni subite dalla struttura.

Ciò si tramuta in una serie di vantaggi:

  • immediata diagnosi del fabbricato grazie a misurazioni effettuate in continuo;
  • misura oggettiva del danno grazie a misure realmente acquisite;
  • gestione efficace delle manutenzioni e riduzione dei tempi di progettazione delle stesse;
  • rilevazione e localizzazione dei danneggiamenti strutturali;
  • incremento del livello di sicurezza attraverso l’immediato isolamento di eventuali parti danneggiate e inagibili.

Il sistema di monitoraggio, mediante la valutazione della risposta strutturale in tempo reale, fornisce inoltre informazioni utilizzabili nel processo decisionale per valutare lo stato di salute dell’edificio. Nel caso di evento di ridotta intensità la valutazione dell’assenza di danni, supportata dal sistema di monitoraggio, consentirebbe una ripresa immediata dell’attività con evidenti vantaggi economici e commerciali.

Monitoraggio dinamico edifici

Fig.3_Monitoraggio permanente di strutture civili e sistemi di alert per il rilevamento del danno strutturale

Tale procedura può anche essere utilizzata non solo a seguito di eventi sismici, ma anche per valutare il naturale invecchiamento della costruzione, monitorando costantemente l’evoluzione dinamica dell’edificio e quantificare il calo delle performance strutturali dovute al tempo.

In questo ambito ricadono sicuramente le applicazioni di tale metodologia nella misurazione delle vibrazioni potenzialmente dannose per gli edifici (UNI EN 9916) e potenzialmente disturbanti per gli occupanti (UNI EN 9614).

Le esigenze sempre più stringenti, legate alle caratteristiche del nostro patrimonio edilizio nazionale, renderanno presto questa metodologia (oggi purtroppo non ancora sfruttata a pieno) imprescindibile nel contesto della caratterizzazione delle costruzioni esistenti.

Autori:

Ing. Alessio Pierdicca

Ingegnere libero professionista, dottorato in Ingegneria nell’ambito del monitoraggio dinamico. Opera nel campo della diagnostica strutturale degli edifici ed è specializzato nell’identificazione dinamica delle strutture. Ingegnere progettista presso CapStudio.

Ing. Fabio Mattiauda

Ingegnere libero professionista, esperto in diagnostica strutturale. Client Account Manager presso DRC Italia srl.

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