Monitoraggio strutturale: che cos’è, obiettivi, tecniche
Che cos’è il monitoraggio strutturale?
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 ulteriori accertamenti che rientrano nella categoria dei monitoraggi. Nei casi in cui, durante le ricognizioni preliminari della struttura, si riscontrino delle fessurazioni la cui semplice osservazione non consente di qualificarli come stabilizzati o in atto, il progettista si avvale dell’attività di monitoraggio, finalizzata a ricercare le cause accertando, per esempio, il degrado del materiale, il cedimento del terreno di imposta delle fondazioni, ecc.
Il monitoraggio può essere effettuato in un periodo intermedio della progettazione, nel caso in cui il progettista voglia ricavare sperimentalmente lo stato tensionale di una porzione di struttura per confrontarla con il calcolo del processo progettuale finale.
Gli obiettivi del monitoraggio strutturale
L’obiettivo del monitoraggio è lo studio dei parametri di un manufatto e delle sue condizioni strutturali e, soprattutto, l‘evoluzione nel tempo dei parametri e delle grandezze fisiche tenute sotto osservazione.
Poiché 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 di 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.
- 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.
- 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.
- Un monitoraggio di lungo periodo che ha l’obiettivo di seguire i fenomeni degenerativi su più ampia scala, sia geometrica che temporale.
Piano di monitoraggio: come procedere?
La definizione di un piano di monitoraggio si articola secondo i seguenti parametri:
- 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.
- Individuazione delle tecniche di monitoraggio più idonee allo scopo. Ciascuna tecnica deve essere qualificata con le potenzialità, le limitazioni e l’invasività del risultato ottenibile. Anche in questo caso si possono ottenere risultati diversi. Si possono adottare delle prove di misura di diverso tipo in relazione al caso che si ha di fronte: ad esempio, alcune prove di misura dello stato tensionale richiedono esecuzioni di tagli dimensionali grandi che possono essere effettuati senza alcun problema in strutture massicce di muratura, ma bisognerà utilizzare più cautela con quelle più sottili o in calcestruzzo fortemente armato, dove c’è il rischio di tagliare le barre d’armatura. Nel caratterizzare le varie tecniche non vanno trascurati i costi, la velocità d’esecuzione e la pratica operativa.
- Scelta delle tecniche di indagine. Il progettista, sulla scorta dei punti sopra citati, definisce il piano di monitoraggio decidendone il tipo, il numero, l’ubicazione e le fasi temporali in cui operare. In aggiunta, verrà scelta la frequenza per la programmazione della rilevazione dei dati.
I parametri strutturali da monitorare
I parametri strutturali di cui bisogna essere a conoscenza sono molteplici: gli spostamenti, le deformazioni, lo stato tensionale, ecc. Inoltre, con una certa frequenza, risulta necessario determinare le azioni, in senso ampio, cui la struttura è assoggettata; per cui risultano significativi vari parametri ambientali come il vento, la temperatura, l’umidità, ecc.
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.
- Stazioni Lineari
- Stazioni Inclinometriche
- Stazioni Accelerometriche
- Stazioni di misura di Forze, Pressioni, Tensioni
Le diverse tecniche di monitoraggio
In base alle modalità d’acquisizione dei dati è possibile distinguere le due diverse tecniche di monitoraggio.
- Tecniche di monitoraggio semplici: Consentono la misura diretta di ogni parametro posto in osservazione a prefissati intervalli di tempo costanti.
- 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.
Parametri ambientali: le stazioni di misura e strumentazioni che la compongono
- Stazioni Termiche: 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 insieme ad alcune stazioni di misura per la rilevazione dei parametri strutturali per valutare se esiste o meno la correlazione tra i dati strutturali e quelli ambientali.
- Stazioni per Rilevazione Umidità: sono costituite da sensori digitali a semiconduttore in grado di rilevare, mediante sensore capacitivo, l’umidità presente nell’aria circostante. Solitamente si usano quando si ritiene necessaria una correlazione tra i parametri strutturali e ambientali.
- Stazioni Anemometriche: 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 sono influenzati da essi.
- Stazioni Piezometriche: costituite da piezometri che consentono di misurare il livello di falda al fine di comprendere se alcuni fenomeni di cedimento siano associabili o meno a caratteristiche idrogeologiche del terreno di fondazione.
