Structural Health Monitoring: il sottile confine tra salute e malattia di una struttura

Il monitoraggio della salute di una struttura (Structural Health Monitoring) è un concetto di cui si parla sempre più spesso, stante la relativa facilità con cui è possibile installare strumentazione, che può essere messa in rete e trasferire dati in continuo.

I monitoraggi oggi includono la registrazione dell’ampiezza delle vibrazioni, delle frequenze proprie dei manufatti, degli spostamenti o delle deformazioni, attraverso metodi meccanici, elettromeccanici, ottici, elettromagnetici, a contatto o a distanza.

 

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Figura 1 - Esempio di analisi modale operazionale con Tromino® di MoHo srl

 

Il monitoraggio della salute di una struttura e le variazioni del comportamento modale

I diversi parametri che si possono registrare su una struttura fluttuano ampiamente nel tempo per effetto di fattori esterni che, fortunatamente spesso non hanno a che fare né con la salute della struttura stessa né con la sua compromissione. 

Ad esempio, le variazioni di massa e di rigidezza conseguenti gli interventi di miglioramento sismico, provocano variazioni nel comportamento modale delle opere e quindi – cosa che spesso è anche l’obiettivo dello strutturista - nello spettro di risposta di progetto.

Meno noto forse è che sia le escursioni termiche diurne, sia le escursioni termiche stagionali, hanno effetti non trascurabili sulle frequenze modali, come si vede ad esempio in Figura 2.

 

moho_monitoraggio_strutture_02.jpgFigura 2 - Variazione stagionale delle frequenze modali di un edificio di civile abitazione strumentato con Tromino® di MoHo srl

 

Nel caso di una diga, l’effetto del livello di invaso sulle frequenze modali è intuitivamente grande. Tuttavia, questo effetto non è trascurabile nemmeno nel caso di opere più modeste, come possono essere ponti con pile in alveo o corpi arginali soggetti ad escursioni di marea (Figura 3).


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moho_monitoraggio_strutture_03.jpgFigura 3 - Esempio di analisi modale operazionale sulla passerella di Riccardo Morandi a Vagli (Lucca). Questo è un tipico esempio di opera in cui le condizioni al contorno (il livello dell’acqua) hanno effetto sui risultati dell’analisi. Analisi condotta con Tromino® di MoHo srl.

 

La variazione delle frequenze e dello smorzamento di una struttura nel tempo è quindi un evento ampiamente fisiologico, entro determinati limiti che vanno conosciuti per interpretare in modo significativo un monitoraggio.

Parimenti queste variazioni devono essere note o messe in conto anche quando si effettuano misure discontinue nel tempo.

In tutti i casi queste variazioni condizionano il numero di cifre significative con cui vanno riportati i risultati delle analisi sperimentali. Sancire la deviazione di una misura è infatti un passaggio obbligato di qualsiasi esperimento di misura ed è il modo più informativo per trasferire un'informazione, nel mondo in cui l’eccesso di quest’ultima si traduce talvolta, in realtà, in una mancanza di chiarezza.


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