Monitoraggi geotecnici
Rilievi inclinometrici
Le misure inclinometriche insieme ad altre prove di monitoraggio geotecnico (quali ad esempio gli estensimetri in foro) vengono effettuate per poter monitorare nel tempo lo stato di evoluzione di dissesti che coinvolgono ad esempio versanti franosi. Il monitoraggio effettuato nel corso di anni consente di individuare la superficie di scorrimento di una frana.
La prova si effettua introducendo in un tubo inclinometrico che viene installato in un foro effettuato precedentemente con un sondaggio verticale.
All’interno del tubo inclinometrico viene poi inserita una sonda inclinometrica che, dotata di sensori di elevata precisione, consente di misurare l‘inclinazione del tubo in corrispondenza di una determinata sezione e, attraverso misure ripetute nel tempo, consente di misurare lo spostamento orizzontale.
Un inclinometro a sonda (o sonda inclinometrica) consiste in una sonda munita di rotelline, contenente un sensore eccitato dalla forza di gravità, che generi un segnale elettrico inviato via cavo ad una centralina di acquisizione sulla quale si legga l’angolo θ formato dall’asse della sonda con la verticale (figure 1 e 2) o lo spostamento incrementale.
Lo strumento misura solamente movimenti del terreno normali all’asse del sondaggio.
La sonda inclinometrica, può rilevare l’andamento degli spostamenti lungo l’asse del sondaggio in modo completo e dettagliato e può essere usata per localizzare i movimenti del terreno, ovunque essi abbiano luogo.
Una serie di letture su di un certo arco di tempo fornisce l’entità, la direzione e la velocità del movimento da accertare. Lo stesso strumento può essere usato per effettuare letture in un numero qualsiasi di fori.
Applicazioni
Il principale campo di applicazione di queste misure riguarda il monitoraggio nel tempo ovvero lo studio dell’evoluzione temporale di una frana. Altri campi di applicazione riguardano monitoraggi di rilevati, dighe, scavi a cielo aperto, pile di ponti, diaframmi, muri di contenimento, pali, gallerie etc.
Strumentazioni
La strumentazione per le misure inclinometriche è costituita da:
– Sonda inclinometrica costituita da un corpo di acciaio inox munito di rotelle di guida, dotata di appositi sensori per la misura dell’inclinazione
– Centralina portatile digitale, con appositi display per la lettura dei dati, eventualmente dotata di sistema di acquisizione
– Cavo elettrico di collegamento tra la sonda inclinometrica e la centralina di misura
– Sonda testimone per il controllo dei tubi inclinometrici prima dell’inizio delle misure
Strumenti in dotazione
- Sonda inclinometrica servoaccelerometrica SISGEO S09070 e datalogger dati Archimede
Monitoraggio vibrazioni
Il monitoraggio delle vibrazioni indotte sugli edifici esistenti dalle ordinarie o straordinarie azioni antropiche, azioni produttive o costruttive sono campi d’intervento in cui l’attenzione generale è sempre più crescente.
Utilizzando delle stazioni sismiche digitali trasportabili, è possibile controllare l’attività sismica di un sito. I dati ottenibili sono i tempi di arrivo delle vibrazioni sismiche, le ampiezze e le frequenze di sollecitazione, nonchè, elementi sulle accelerazioni al suolo e quindi la possibilità di una stima di parametri utilizzabili direttamente in campo ingegneristico. Per l’analisi delle vibrazioni indotte su strutture vengono valutate le massime ampiezze (in velocità, accelerazione o spostamento), la durata e le frequenze a cui tali sollecitazioni si producono.
Monitorare una vibrazione significa elencare le posizioni in cui il punto che vibra viene a trovarsi a tempi successivi. Queste possono essere poi graficate a dare l’intera “forma d’onda” registrata.
La forma d’onda più utilizzata per la rappresentazione grafica è la sinusoide. Una volta accettato il tipo di relazione matematica che collega lo spostamento del punto al tempo trascorso, per descrivere la vibrazione basta dare due valori numerici caratteristici definiti come parametri della vibrazione misurata: Esempio di registrazione il parametro massimo spostamento del punto rispetto alla posizione di riposo ed il numero di oscillazione in un secondo (frequenza).
Lo spostamento massimo può essere misurato attraverso la velocità massima oppure attraverso l’accelerazione massima.
In generale, una volta definita la forma d’onda, tutte queste descrizioni sono praticamente equivalenti, in quanto esistono delle semplici relazioni matematiche che le collegano tra loro.
Analisi dei picchi di misura
In sintesi, l’effetto su una massa di una sollecitazione variabile nel tempo dipende da:
- Ampiezza: in generale a maggior ampiezza consegue un maggior danno
- Durata dell’evento: in generale a maggior durata consegue maggior danno
- Frequenza: il rischio in questo caso è maggiore se la frequenza delle vibrazioni indotte è prossima alla frequenza propria di risonanza del fabbricato, perché verrebbe notevolmente amplificato.
Il periodo è, come noto, l’inverso della frequenza; in generale è ammissibile sostenere che edifici residenziali con altezze inferiori ai 30m hanno periodi propri di vibrazione mediamente compresi tra 0.1 e 0.3 sec.
I periodi propri degli edifici sono valori numerici importanti al fine della valutazione del fenomeno della risonanza. Se infatti applichiamo un impulso perturbante con una cadenza corrispondente alla frequenza propria di una struttura, è possibile ottenere un incremento teoricamente infinito dell’ampiezza di vibrazione. Nello specifico si dice che l’edificio è entrato in risonanza.
Questo fenomeno è molto dannoso soprattutto nel caso di eventi sismici naturali.
È utile sottolineare che le vibrazioni indotte di una certa entità (soprattutto di tipo antropico) generano lesioni in quanto, oltre a minare direttamente le strutture presenti, causano cedimenti differenziali nelle fondazioni. Questi cedimenti differenziali sono estremamente dannosi in quanto non assolutamente preventivati in fase di progetto e realizzazione dell’opera.
Le vibrazioni di tipo “non naturale” possono essere distinte in funzione della ripetitività giornaliera e della frequenza dell’impulso trasmesso. In generale distinguiamo vibrazioni impulsive, periodiche e continue.
Le vibrazioni impulsive sono in genere limitate nel tempo ma con spostamenti molto intensi.
Le vibrazioni periodiche si ripetono in maniera quasi costante nel tempo, in genere a bassa frequenza.
Le vibrazioni continue tendono a permanere costanti per periodi temporali lunghi.
NORMATIVA DI RIFERIMENTO E DESCRIZIONE DELLE FASI DI LAVORO
La verifica delle vibrazioni che interessano un edificio normalmente prevede la scelta di una normativa di riferimento.
In ambito europeo, e anche in quello italiano, si dà in genere preferenza alla Norma DIN 4150-3. Le ragioni di questa scelta sono la sostanziale tendenza a una maggior prudenza, specie per quello che riguarda i limiti degli edifici monumentali.
Analisi della frequenza dominante secondo la norma DIN 4150-3
La DIN 4150, distingue livelli di tollerabilità differente in funzione della tipologia costruttiva degli edifici.
Sono tre le categorie principali in cui vengono suddivisi gli edifici:
A) Edifici storici monumentali delicati (bassa tollerabilità), limiti minori.
B) Edifici residenziali recenti (media tollerabilità), limiti medi.
C) Edifici industriali (alta tollerabilità), limiti alti.
La norma prevede di eseguire il controllo e il monitoraggio installando rigidamente i sensori nelle posizioni opportune.
Applicazioni
I Campi applicativi sono legati alla verifica di sollecitazioni dinamiche indotte da vibrazioni di macchinari, impianti, passaggio di mezzi pesanti esplosioni.
Strumentazione in dotazione
- Vibrometro ABEM VIBRALOC
