Tecnologie laser–scanning finalizzate al recupero e consolidamento delle architetture in calcestruzzo

Nuove tecnologie di rilevo applicate ai Mulini Meridionali Marzoli di Torre del Greco (NA)

I Mulini Meridionali Marzoli costituiscono un'icona del waterfront del Comune di Torre del Greco da più di un secolo, durante il quale hanno, però subìto un progressivo declino dovuto prima alla dismissione negli anni '80 e poi al totale abbandono e conseguente degrado delle strutture in calcestruzzo armato che compongono il complesso.

Un'efficace progettazione sia qualitativa e sia quantitativa degli interventi di recupero e consolidamento risulta imprescindibile dalla conoscenza geometrica e formale di tali spazi.

In questo contributo viene presentata un'applicazione relativa al rilievo mediante scanner mobile utilizzato laddove i tradizionali strumenti di scansione non possono essere adoperati per motivi di logistica e sicurezza.

Introduzione

Il crescente progresso tecnologico al quale si sta assistendo negli ultimi decenni ha fatto sì che nel campo del rilievo si affermassero strumentazioni performanti capaci di fornire al tecnico dati sempre più precisi. Se prima, con le tradizionali tecniche fotogrammetriche e topografiche era possibile ottenere un semplice modello tridimensionale sulla base di poche decine di punti, oggi lo  stesso modello lo si ottiene da un processo, sì più complesso da controllare, ma capace di produrre outputs di notevole qualità e risoluzione aventi come base decine di migliaia se non milioni di punti.

In quest'ottica l'utilizzo di tali elaborati permette di approcciare vari ambiti di settore spaziando ad esempio dallo studio a scala territoriale di fenomeni franosi a quello a scala ridotta dei beni culturali passando per le relative analisi qualitative o quantitative che tengano conto, una volta implementati, dei metodi di calcolo per stimare sforzi e sollecitazioni mediante analisi FEM [4].

In questo contributo ci si è serviti di un laser scanner terrestre di tipo portatile, differente dai tradizionali TLS a differenza di fase o tempo di volo, basato su tecnologia SLAM1 [2]. Tale scanner permette di creare la mappa 3D sotto forma di cloud-points senza l'utilizzo di alcun marker in tempi molto più  speditivi rispetto alle tradizionali tecnologie su treppiede  che  necessitano  di movimentazioni e operatori differenti. Ciò ha permesso di acquisire efficacemente la conformazione spaziale dell'oggetto caso di studio e porla come base per la successiva progettazione finalizzata al recupero del manufatto.

Questa sperimentazione si inserisce in un filone di ricerca inerente proprio l’implementazione in analisi strutturali di modelli tridimensionali [1]; già alcuni studi sono stai avviati in un contesto, quello geologico delle cavità, dove il laser scanner portatile risulta uno strumento davvero efficace.

Nel seguente articolo la nuvola di punti è stata utilizzata per  ricavarne  un modello solido di un nodo trave-pilastro al fine di verificarne la sezione resistente.

I Mulini Meridionali Marzoli

Il complesso dei Mulini Meridionali Marzoli (vedi Fig. 1) di Torre del Greco rappresenta oggi uno dei più ingenti patrimoni di archeologia industriale del sud Italia[3]; entrò in funzione nel 1911 e durante gli anni prima della guerra rappresentò uno snodo cruciale nel commercio di grano all'interno del golfo di Napoli e non solo. Durante la guerra subì seri danni che però non fecero desistere i proprietari dal ricostruire i silos e i alcuni locali distrutti. Il dopoguerra e il boom economico che investì la penisola diede ragione ai Marzoli almeno fino agli anni '70 quando ebbe inizio il declino della fabbrica conclusosi con la chiusura avvenuta nel 1985.

Nel 1989 il comune di Torre del Greco ha acquistato l'intero complesso ristrutturandone solo una minima parte destinata oggi ad uffici comunali e universitari  mentre  il  resto  dell'immobile  versa  in  uno  stato  di  completo abbandono a partire dalle strutture in calcestruzzo di  cemento  armato interamente esposte agli agenti atmosferici e alla salsedine.

Figura 1: i Mulini Meridionali Marzoli in una foto d’epoca (in alto a dx) e come si presentano oggi (in basso a dx)

La campagna di rilievo

Il complesso dei Mulini Marzoli è costituito da edifici caratterizzati da strutture miste in cemento armato e mattoni. Lo stato di degrado dei materiali, soprattutto del calcestruzzo, è molto accentuato, compromettendo anche la funzionalità strutturale degli stessi manufatti.

Al fine di analizzare soprattutto quest'ultimo aspetto si è eseguito un rilievo geometrico con Laser Scanner portatile finalizzato non solo ad acquisire dati per poter sviluppare piante, sezioni e prospetti utili ad eventuali progetti di restauro, ma anche a sviluppare precisamente la geometria delle strutture interne, valutandone sezioni e nodi significativi per eseguire analisi strutturali.

In particolare ci si è concentrati sull'edificio “E” adibito in parte all'alloggio dei silos che terminavano nel seminterrato nel quale era ubicato un nastro trasportatore che consentiva il carico del grano tramite apposite tramogge.

L'ambiente dei silos è poi collegato alla retrostante struttura del corpo “E” nella quale erano alloggiate le macchine per il trattamento del grano. Questa struttura costituita da un telaio in cemento armato è caratterizzata da fori nei solai, ai vari piani, evidentemente per consentire il passaggio di grano tramite tramogge.

Figura 2: Rappresentazione in pianta del complesso dei MMM (in alto a sx), vista est del corpo “E” (in alto a dx), vista nord-est del corpo “E” (in basso a sx) e alcuni particolari dello stato di fatto degli ambienti interni al corpo “E”.

Il rilievo, come accennato nell'introduzione, è stato eseguito con un laser scanner portatile che ha permesso di eseguire acquisizioni molto veloci in ambienti fortemente degradati. Il tempo impiegato, infatti, per eseguire il rilievo del corpo “E” è stato di circa un’ora. In questo tempo sono state eseguite n° 3 scansioni, una relativa al seminterrato, la seconda relativa al corpo contenente le scale e la terza acquisizione è stata fatta nella struttura superiore ai silos, sita all'ultimo piano e caratterizzata da un lungo telaio in c.a.

Figura 3: Fase di acquisizione di nuvole di punti con il Laser Scanner portatile – In sequenza: Laser scanner in fase di calibrazione, acquisizione nel seminterrato dove sono ubicate le tramogge di carico, nel corpo contenente le scale e nel piano superiore costituito da un unico ambiente aperto.

Le tre scansioni sono state eseguite in successione acquisendo, tra una scansione e l'altra, ampie zone di sovrapposizione per consentire, in fase di post-processing, una fedele unione delle scansioni. Le scansioni, infatti,  possono essere unite con punti naturali significativi ed evidenti geometricamente nelle nuvole acquisite.

Questa  tecnica,  per  adesso,  non  consente  una  unione  ed  una  evenuale georeferenzazione delle varie nuvole tramite target a coordinate note provenienti da  una  precedente  campagna  topografica,  in  quanto  sia  perchè  non  ancora corredato di sofware della casa costruttrice dedicato a tale funzione e sia perchè il laser scanner portatile, in fase di acquisizione, non riconosce ancora forme molto piccole e riflettenti di cui, generalmente, sono costituiti i target topografici. Lo scanner utilizzato è uno scanner a tempo di volo con  una  distanza  di  acquisizione  massima  di  50  m  entro  la  quale  vengono registra nuvole di punti tramite un sensore posizionato su un giroscopio collegato all'estremità di un asta elastica.

L'acquisizione viene fatta con l'operatore in movimento che contestualmente, con il movimento del braccio, oscilla l'asta elastica in modo tale da coprire a 360° la geometria da acquisire.

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Articolo tratto dagli atti di CONCRETE2016 - Architettura e Tecnica