Premessa
Accanto al tradizionale monitoraggio statico, il monitoraggio dinamico sta guadagnando negli ultimi anni un sempre crescente interesse sia nel panorama della ricerca scientifica che in ambito professionale.
Attraverso l’analisi dei dati acquisiti (accelerazioni) è possibile risalire ai principali parametri modali della struttura (frequenze proprie, smorzamenti e forme modali) e conoscerne il comportamento dal punto di vista dinamico.
Tali parametri dinamici costituiscono “l’impronta digitale” dell’edificio e la ripetizione delle prove a distanza di tempo consente l’identificazione di mutamenti non sempre individuabili con monitoraggi statici. La conoscenza dei parametri modali permette inoltre la calibrazione di modelli strutturali agli elementi finiti (modelli FEM) che possono essere utilizzati sia per la valutazione della vulnerabilità sismica della struttura e quindi per il progetto di eventuali interventi, sia per l’individuazione delle cause che possono aver determinato cambiamenti nel comportamento dinamico.
Strumentazione e acquisizione dei dati
Il sistema di monitoraggio dinamico è costituito da una rete di accelerometri ad alta sensibilità in grado di acquisire le vibrazioni a cui è sottoposto il manufatto. I dispositivi vanno posizionati in alcuni punti significativi dell’edificio e resi solidali agli elementi strutturali durante le acquisizioni
Accelerometro sismico ad alta sensibilità e condizionatori di segnale
I dati in uscita, tutti sincronizzati fra loro, vengono campionati nello stesso istante temporale. L’unità di acquisizione consente la sincronizzazione temporale dei dati ottenuti dai sensori, condizione imprescindibile per poter elaborare correttamente i dati tra loro e mantenere le informazioni sulle fasi. I dati vengono acquisiti con una frequenza di campionamento di circa 1.000 Hz. La durata della registrazione varia da trenta minuti ad un’ora al fine di minimizzare l’influenza di eventuali eccitazioni non stocastiche (rumori casuali o picchi casuali) che possono verificarsi durante la prova.
Centralina di acquisizione dei segnali accelerometrici
Procedura di identificazione dinamica
Le misure vengono eseguite su diversi piani dell’edificio monitorato, posizionando i sensori agli angoli opposti e orientati lungo le due direzioni principali. In questo modo è possibile cogliere non solo i modi traslazionali (X e Y) ma anche quelli torsionali.
Posizionamento dei sensori all’interno della struttura da monitorare
I dati acquisiti vengono pre-processati mediante operazioni di filtraggio e campionamento. Successivamente vengono elaborati dall’algoritmo di identificazione il quale consente di estrarre i parametri modali (frequenze, forme modali e rapporti di smorzamento).
Time history dell’acquisizione ed elaborazione nel dominio delle frequenze
La stima dei modi strutturali avviene attraverso quello che viene chiamato “diagramma di stabilizzazione” che permette di depurare i modi stabili (modi di vibrare reali) da quelli instabili (modi puramente numerici).
Diagramma di stabilizzazione
Tale procedura consente di ottenere i principali parametri strutturali degli edifici, consentendo la visualizzazione delle principali forme modali associate alle frequenze proprie di vibrazione.
I dati ottenuti dal monitoraggio dinamico rappresentano preziose informazioni sul comportamento dinamico dell’edificio, non ottenibili attraverso il tradizionale monitoraggio statico. Tali parametri possono essere utilizzati per una serie di analisi e scopi:
- Monitoraggio delle condizioni di salute strutturale (structural health monitoring);
- Identificazione del danno (damage detection);
- Calibrazione di modelli FEM (model updating).
Modellazione della struttura: confronto tra modello FEM e modi sperimentali
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