Un sistema di acquisizione basato su tecnologia MEMS per il monitoraggio strutturale

10/09/2012 2315

Descrizione delle prove dinamiche sul “Manhattan Bridge” di New York

Il monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring - SHM) è il processo di caratterizzazione delle strutture esistenti con il quale ci si propone di identificare alcune proprietà della struttura, in modo da avere informazioni sulla struttura reale con le quali potere mettere a punto modelli analitici per la valutazione dello stato della struttura o per poter valutare cambiamenti nel comportamento strutturale. L’installazione di un sistema di monitoraggio su edifici di maggior rilevanza storica, culturale e sociale, edifici pubblici, strutture produttive e consente, in primo luogo, di creare una sorta di “anagrafe strutturale” degli edifici monitorati che potrebbe risultare di grande valore anche per gli interventi di ripristino che verranno effettuati nel futuro. Gli aspetti più rilevanti, inoltre, riguardano non solo la sicurezza degli edifici più critici (ospedali, scuole, strutture pubbliche), ma di “Early Warning”. In ambito sismico sta diventando un esigenza sempre più pressante quella di avere la possibilità di un preallarme che, nel caso in cui alcuni parametri di scuotimento del suolo superano una soglia di pericolo prestabilita, si possa intervenire automaticamente sospendendo attività potenzialmente pericolose, sia in abito civile che industriale (si pensi ad esempio che numerosi danni possono essere provocati da fughe di gas in edifici o dalla rottura di impianti in funzione in ambito industriale o, infine, per la salvaguardia di attrezzature e macchinari che, in funzione durante un sisma, potrebbero danneggiarsi). Inoltre, altri aspetti non meno rilevanti sono associati alla riduzione dei costi di manutenzione, ad esempio di ponti, a causa di problemi di fatica (con controlli mirati e solo quando realmente necessari).
La necessità di avere una strumentazione efficiente e flessibile ma semplice nella sua installazione, per essere utilizzata in applicazioni strutturali in abito civile, ha incentivato una collaborazione tra Centro Interdipartimentale per la Ricerca e l’Innovazione (C.I.R.I.), l’Università di Bologna, l’Università di Modena e Reggio Emilia e la Teleco s.p.a., per la produzione di un sistema SHM. Il sistema è un’evoluzione dei sistemi tradizionali in quanto è un sistema a “intelligenza distribuita” che effettua molte elaborazioni locali nei singoli punti di misura; inoltre utilizza un efficace e poco invasivo bus digitale tra sensori e unità di memorizzazione dei dati. Il sistema, infine, rende accessibili tutti dati raccolti via rete rendendo possibile, da qualunque punto di accesso ad Internet, il controllo di edifici situati ovunque.
L’occasione per un significativo campo di prova del sistema di monitoraggio è nata a seguito di una collaborazione tra l’Università di Bologna la Columbia University di New York sui problemi a fatica del “Manhattan Bridge”, assieme al più famoso ponte di Brooklyn uno dei principali ponti della “City”. Lo scopo del monitoraggio del ponte è la verifica a fatica degli elementi di controventamento dell’impalcato, valutandone la vita utile e per potere svolgere controlli specifici nell’ottica di un’ottimizzazione delle risorse. Per raggiungere questo scopo, il primo passo è mettere a punto un modello numerico del ponte il cui comportamento sia più simile possibile al comportamento della struttura al vero; la determinazione delle caratteristiche modali e meccaniche è effettuata a partire dalle registrazioni ottenute dal sistema di monitoraggio.
Nell’articolo vengono descritte le prove effettuate sul Manhattan Bridge, con descrizione della strumentazione, al layout di prova ed a risultati preliminari per quanto riguarda le caratteristiche modali della struttura.

 

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