Il Monitoraggio Strutturale e la definizione del Piano di Monitoraggio

L’attività di monitoraggio strutturale ha lo scopo di acquisire informazioni circa il comportamento di un manufatto e dell’ambiente che con esso interagisce. È abbastanza frequente che il progettista che opera sulle strutture esistenti debba affiancare alle attività di indagine strutturale vera e propria (prove sui materiali, rilievi geometrici e strutturali, etc.) ulteriori accertamenti che rientrano nella categoria dei monitoraggi.

È possibile, infatti, riscontrare, fin dalle preliminari ricognizioni della struttura, stati di fessurazione la cui semplice osservazione, tuttavia, non consente di qualificarli come stabilizzati o in atto, con le rilevanti conseguenze che ne derivano. In questi casi il progettista si trova nella necessità di ricorrere ad attività di monitoraggio finalizzate ad osservarne la variazione di ampiezza nel corso di un prestabilito periodo di tempo, ovvero ricercarne le cause accertando, ad esempio, la presenza di vibrazioni indotte, degrado del materiale (espansioni), cedimenti del terreno di imposta delle fondazioni, etc.

L’esigenza di predisporre un monitoraggio può intervenire, inoltre, in un periodo intermedio della progettazione, come nel caso in cui il progettista voglia ricavare sperimentalmente lo stato tensionale di una porzione di struttura per confrontarla con quella che ha determinato con un sofisticato modello di calcolo, ovvero alla fine del processo progettuale, quando si ricerca una conferma sperimentale della bontà degli interventi progettati. Tornando all’esempio precedente, quando in presenza di un processo deformativo in atto si voglia accertare sperimentalmente che gli interventi di presidio progettati ne abbiano determinato la stabilizzazione.

Definire un Piano di Monitoraggio: ecco come procedere

Da queste brevi considerazioni è facilmente intuibile che la definizione di un piano di monitoraggio non è sicuramente meno complesso e articolato di quello relativo al piano delle indagini, anche perché, nel corso del tempo, possono modificarsi gli obiettivi della ricerca, come appare evidente nell’esempio appena citato.

In conclusione, la definizione di un piano di monitoraggio si articola nelle seguenti fasi:

1. Definizione dei parametri di comportamento strutturale che occorre ricercare. Questa fase può essere definita in un’unica occasione o ripetuta più volte nel corso dell’attività di progetto.
2. Individuazione delle tecniche di monitoraggio più idonee allo scopo. Ciascuna tecnica deve essere qualificata con le potenzialità/limitazioni/invasività del risultato ottenibile. Anche in questo caso si può arrivare a valutazioni di tipo diverso in relazione al caso specifico: ad esempio, alcune prove di misura dello stato tensionale richiedono esecuzioni di tagli di dimensioni relativamente grandi che possono essere effettuati senza rilevanti problemi in strutture massicce di muratura ma da adottare con grande cautela in quelle sottili o in calcestruzzo fortemente armato ove è grande il rischio di tagliare le barre d’armatura. Nel caratterizzare le varie tecniche non vanno trascurati i costi, la velocità d’esecuzione, la pratica operativa.
3. Scelta delle tecniche di indagine. Il Progettista, sulla scorta dei punti precedenti, definisce il piano di Monitoraggio stabilendone precisamente il tipo, il numero, l’ubicazione e le fasi temporali in cui eseguire le misure. In aggiunta, andrà anche scelta la frequenza con cui programmare le rilevazioni dei dati.

Pur essendo molto sottile la linea di demarcazione fra il Piano delle Indagini Strutturali ed il Piano di Monitoraggio, le due attività sono concettualmente assimilabili. Il Piano d’Indagine Strutturale si sviluppa di solito preliminarmente al Progetto, in quanto le relative determinazioni devono essere ripetute più volte nel corso di un certo periodo, anche protratto, d’osservazione, mentre il Piano di Monitoraggio si qualifica in modo particolare perché può essere sviluppato in momenti diversi dell’attività progettuale.

Quest’ultima esigenza, unitamente, talvolta, alla necessità di disporre delle relative informazioni in “tempo reale” ha portato a sviluppare sistemi d’acquisizione automatizzati che tuttavia sono applicabili solo, o più facilmente, ad alcune tecniche. Da qui un ulteriore elemento di valutazione che deve essere tenuto in debito conto dal progettista nella definizione del Piano di Monitoraggio. 

Appare quasi superfluo ribadire in questo caso l’utilità di una stretta collaborazione tra il Progettista e la Società incaricata d’eseguire il monitoraggio che potrà fornire quelle indicazioni tipicamente tecnologiche, informatiche, di trasmissione del dato, utili ad orientare la scelta verso le metodologie più idonee agli scopi.

Parametri strutturali da monitorare

I parametri strutturali di cui può essere necessaria la conoscenza sono molteplici: i più ricorrenti sono gli spostamenti, le deformazioni, lo stato tensionale, etc. Inoltre, con una certa frequenza, risulta anche necessario determinare le azioni, in senso ampio, cui la struttura è assoggettata; per tale ragione risultano significativi vari parametri ambientali come il vento, la temperatura, l’umidità, etc.

Di seguito si riporta un elenco di alcune stazioni di misura costituite da strumentazione idonea alla lettura delle principali grandezze fisiche suscettibili ad essere monitorate.

Parametri Strutturali: Stazioni di misura e strumentazioni che la compongono

Stazioni Lineari: sono costituite da trasduttori elettronici potenziometrici o capacitivi (fessurimetri) che vengono installati a cavallo di una lesione o di un giunto; dalla misura dell’allargamento o del restringimento dei due lembi, confrontata con la dimensione iniziale, si evince se il fenomeno è stabile o in evoluzione.

Stazioni Inclinometriche: sono costituite da trasduttori di rotazione che vengono installati lungo la sezione di cui si vogliono conoscere le rotazioni; dal confronto con la rilevazione iniziale se ne deduce l’entità delle rotazioni in ogni sezione.  

Stazioni Accelerometriche: sono costituite da geofoni e/o da accelerometri che vengono installati in zone caratteristiche della struttura; dall’elaborazione dei segnali acquisiti si ricavano i principali modi di vibrare e/o la presenza di vibrazioni causa di disturbo.

Stazioni di misura di Forze, Pressioni, Tensioni: sono costituite da Celle di carico, Martinetti piatti, Trasduttori di Pressione, etc. per la misura di grandezze fisiche complesse che consentono di avere informazioni delle sollecitazioni agenti e sugli stati tensionali.

Parametri Ambientali: Stazioni di misura e strumentazioni che la compongono

Stazioni Termiche: sono costituite da sensori elettronici a semiconduttore che vengono installati nelle zone in cui si ritiene opportuno misurare l’andamento della temperatura ambientale; solitamente si utilizzano unitamente ad alcune stazioni di misura per la rilevazione dei parametri strutturali, per valutare se esiste, o meno, correlazione tra i dati strutturali e quelli ambientali.

Stazioni per Rilevazione Umidità: sono costituite da sensori digitali a semiconduttore in grado di rilevare, mediante un sensore capacitivo, l’umidità presente nell’aria circostante. Vengono utilizzate, solitamente, quando si ritiene necessaria una correlazione tra i parametri strutturali e quelli ambientali.

Stazioni Anemometriche: sono costituite da anemometri che consentono di misurare la velocità e la direzione del vento in modo da poter associare i valori rilevati con quei parametri strutturali che proprio da essi sono influenzati.

Stazioni Piezometriche: sono costituite da piezometri di appropriate caratteristiche che consentono di misurare il livello di falda al fine di comprendere se certi fenomeni di cedimento siano o meno associabili a caratteristiche idrogeologiche del terreno di fondazione.

Due diverse tecniche di monitoraggio

In base alle modalità d’acquisizione dei dati è possibile distinguere le due diverse tecniche di monitoraggio.

1. Tecniche di monitoraggio semplici: Consentono la misura diretta di ogni parametro posto in osservazione a prefissati intervalli di tempo costanti.
2. Tecniche di monitoraggio complesse: Possiedono un trigger e consentono, quindi, la variazione dell’intervallo di tempo d’acquisizione prefissato al superamento di un determinato valore di soglia di alcuni parametri.

Gli obiettivi del Monitoraggio Strutturale

Le attività da svolgere su ogni manufatto posto sotto monitoraggio hanno come obiettivo lo studio delle sue condizioni strutturali e soprattutto l’evoluzione del tempo dei parametri e delle grandezze fisiche tenute sotto osservazione.

Poiché, in generale, per una struttura esistente non si conoscono tutte le parti di ogni elemento strutturale che la costituiscono, e considerato che lo stato tensionale è radicalmente condizionato dalle fasi costruttive, non è facile fare una valutazione numerica affidabile. Di conseguenza, per superare questa difficoltà ed arrivare ad una stima e ad una gestione della sicurezza strutturale dell’immobile, si ricorre ad approcci sia di carattere strumentale che documentale. Viene, quindi, studiato ed applicato un piano di monitoraggio comprendente la misura dello stato tensionale in condizioni d’esercizio; accanto alla misura dei fenomeni deformativi degli elementi murari ritenuti più sensibili, condotta per un intero periodo significativo, viene avviata al tempo stesso un’analisi storico-documentale che permetta d’individuare gli elementi strutturali effettivamente portanti, escludendo quelle parti che, anche ad un rilievo conoscitivo, risulterebbero collaboranti.

La valutazione della sicurezza dell’immobile dovrà essere attuata con delle misure sul corpo reale dell’edificio individuando gli elementi di rischio attraverso deformazioni anomale, che quantificano anche il livello di gravità, tramite la misura temporale della progressione di una data misura fisica.

A seguito dell’analisi preliminare riguardante le caratteristiche specifiche di un complesso immobiliare è, quindi, opportuna una pianificazione delle attività di studio e monitoraggio in grado di dare risposte oggettive e quantificabili sullo stato dell’immobile e sulle sue eventuali criticità.

L’analisi dei risultati ottenuti da un monitoraggio strutturale h24 in continua è utilizzata sia come un rilevatore di pericolosità che come elemento di valutazione delle condizioni strutturali dei manufatti su cui è installato.

Essa fa parte di un progetto ben più ampio, articolato in momenti successivi che prevedono le seguenti tre fasi operative e temporali.

1. L’attivazione di un monitoraggio di sicurezza il cui scopo consiste nel mettere a disposizione uno strumento d’immediato avviso di eventuali situazioni di attenzione con una prima valutazione del livello della sua pericolosità; al termine di questa prima fase occorre controllare che non siano state riscontrate situazioni di particolare pericolosità, in normali condizioni d’esercizio.
2. La valutazione del livello di sicurezza del manufatto la cui finalità è quella di determinare un valore parametrico che possa indicare in maniera chiara e sintetica lo stato di salute strutturale.
3. Un monitoraggio di lungo periodo che ha l’obiettivo di seguire i fenomeni degenerativi su più ampia scala, sia geometrica che temporale.

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