FLL Relazione Scientifica - Maserati

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1 FLL Relazione Scientifica - Maserati I TERREMOTI Nella relazione scientifica abbiamo deciso di studiare i "terremoti" spinti dalla curiosità per un fenomeno che, di recente ci ha sorpresi e impressionati: un terremoto di media intensità (la scossa più forte 3.8 della scala Richter) ha colpito il nostro territorio, precisamente il comune di Godiasco che si trova a pochi chilometri da Voghera. Per prima cosa abbiamo pensato che fosse essenziale avere una conoscenza di base sui terremoti; abbiamo così chiesto alla nostra docente di scienze naturali di svolgere una lezione su tali fenomeni che ci ha permesso di capire cosa realmente è un terremoto. Successivamente abbiamo iniziato a pensare ad alcune possibili soluzioni a questa catastrofe naturale. Ci siamo ben presto resi conto che il fenomeno del terremoto è uno dei più imprevedibili e pericolosi cataclismi e che pensare ad una soluzione era più complicato del previsto. Grazie ad alcuni incontri-conferenza organizzati dai nostri docenti in collaborazione con l'università degli Studi di Pavia ci siamo confrontati con alcuni esperti del settore tra cui il Professor Patrizio Torrese, docente di geologia, il quale grazie alle sue conoscenze scientifiche, ha risposto ai nostri quesiti fornendo spunti e idee per il nostro progetto. Per comprendere meglio che ruolo hanno le autorità nel caso in cui si verifichi un cataclisma, successivamente alla gara di Cuneo, abbiamo organizzato una visita al Centro regionale di pronto intervento della Protezione Civile di Milano. Abbiamo quindi ricercato e analizzato il terremoto in tutte le sue caratteristiche. Che cos'è un terremoto? Un terremoto, o sisma, è un'improvvisa vibrazione del terreno prodotta da una brusca liberazione di energia che si propaga in tutte le direzioni sotto forma di onde. Questa energia si crea quando una roccia inizia a deformarsi; essa mostrerà una certa resistenza, ma quando le forze che la tengono insieme vengono superate da quelle che la deformano allora questa si spezza e si ha un brusco spostamento delle due parti che rilasciano l'energia che avevano accumulato durante la deformazione e ritornano in uno stato indeformato. Tale spostamento è generato dalle forze di natura tettonica che agiscono costantemente all'interno della crosta terrestre provocando la liberazione di energia in una zona interna della Terra detto ipocentro, spesso localizzato in coincidenza di fratture preesistenti. L energia che si libera è improvvisa e il fenomeno sismico può esaurirsi in qualche secondo o prolungarsi fino a 4/5 minuti producendo terremoti violenti; in questi casi la frattura può propagarsi per centinaia di Km dall ipocentro fino a bloccarsi per l attrito crescente e l esaurirsi dell energia. Il luogo della superficie terrestre posto sulla verticale dell'ipocentro si chiama epicentro ed è quello più interessato dal fenomeno. Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto (TN) - a.s Pag. 1

2 Possiamo distinguere due tipi di terremoti: i terremoti vulcanici sono vibrazioni del suolo provocate dal magma in risalita e generalmente indicati col termine di tremori. Sono superficiali e riguardano piccole aree; I terremoti tettonici o terremoti interplacca sono i terremoti più comuni che avvengono ai margini tra le placche tettoniche dove si sviluppano le forze che vengono poi sprigionate improvvisamente durante il sisma. Le zone dove si hanno più di frequente terremoti sono quelle dove ci sono fratture della crosta terrestre che consentono alla roccia di fondersi e di risalire in superficie dando origine ai fenomeni vulcanici. La distribuzione dei terremoti e dei vulcani sulla crosta terrestre non è casuale: essi coincidono con le dorsali oceaniche, le fosse abissali e le catene montuose di recente formazione. I danni I terremoti sono gli eventi naturali più potenti sulla terra; possono rilasciare in pochi secondi un'energia superiore a migliaia di bombe atomiche, solitamente misurata in termini di momento sismico. Un terremoto sposta in pochi secondi volumi di roccia di centinaia di chilometri cubi!!! In conseguenza di ciò i terremoti possono causare gravi distruzioni e un alto numero di perdite di vite umane attraverso una serie di agenti distruttivi, il principale dei quali è il movimento violento del terreno con conseguente sollecitazione delle strutture, accompagnato eventualmente anche da altri effetti secondari quali inondazioni, incendi o fuoriuscite di materiali pericolosi. Se il sisma avviene sotto la superficie del mare o nei pressi della linea costiera può generare maremoti o tsunami. La prevenzione La previsione esatta di un sisma è al momento impossibile quindi il rimedio più saggio contro i danni materiali ed umani dei terremoti è rappresentato dall'uso di efficaci tecniche antisismiche di costruzione di edifici proprie dell'ingegneria sismica come ad esempio l'isolamento sismico. Queste tecniche sono in grado di minimizzare i danni anche di terremoti estremamente potenti e sono diffusamente utilizzate in alcune delle aree più sismiche al mondo come ad esempio il Giappone. Riguardo la prevenzione, è importante conoscere la storia sismologica di un luogo in quanto se negli anni precedenti si è verificato un sisma con tutta probabilità se ne verificherà un altro di simile intensità negli anni a venire. Curiosità sull Italia Approfondendo il fenomeno dei terremoti per quanto riguarda il nostro Paese, abbiamo appreso che il nostro continente e quello africano si avvicinano di circa 2-3 centimetri all anno e questo fenomeno ha ripercussioni sul territorio Italiano specie sull Appennino che viene spinto da ovest a est. Il movimento di estensione dell Appennino, dal Tirreno all Adriatico, avviene ad una velocità compresa fra tre e cinque millimetri l anno. Questa sollecitazione viene distribuita su diversi sistemi di faglie: quello più vicino al Tirreno, che comprende i monti nell area di Sora, poi il sistema più interno, del quale fa parte la zona dell Aquila e quindi il sistema di faglie più vicino all Adriatico. La Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto (TN) - a.s Pag. 2

3 deformazione dovuta al movimento dell Appennino, si accumula negli anni provocando terremoti di media-alta intensità (Emilia 2013, Aquila 2009, Umbria e Marche 1997). Scale di rilevazione sismica SCALA RICHTER Con l'attribuzione di un valore sulla scala Richter, si esprime una misura della cosiddetta magnitudo ovvero una stima dell'energia sprigionata da un terremoto nel punto della frattura della crosta terrestre cioè all'ipocentro secondo i criteri indicati dal geofisico Charles Richter. La magnitudo Richter quantifica l'energia sprigionata dal sisma su base puramente strumentale, basata sul principio secondo il quale l energia di un terremoto è proporzionale all ampiezza registrata dai sismografi. SCALA MERCALLI La scala Mercalli è una scala che misura l'intensità di un terremoto tramite gli effetti che esso produce su persone, cose ed edifici. Due terremoti di identica magnitudo possono avere diverse intensità, se per esempio hanno ipocentri posti a differenti profondità, oppure si verificano in zone con una diversa antropizzazione. Poiché la scala Richter e quella Mercalli misurano e quantificano la forza del terremoto in due modi differenti non ha alcun senso trovare equivalenze tra i valori delle due scale. Revisione delle soluzioni esistenti Poiché non esiste ancora un metodo preciso per prevedere delle scosse sismiche, abbiamo concentrato i nostri sforzi su ciò che si può fare dopo il terremoto. Abbiamo appreso che esistono, anche se sono assai poco diffusi, dei robot in grado di agire in spazi molto stretti e angusti per effettuare dei sopralluoghi, salvare delle vite umane e prelevare oggetti perduti. Abbiamo preso in esame l aspetto che riguarda i sopralluoghi delle zone e degli edifici colpiti e il recupero di oggetti smarriti rimasti sotto le macerie. Considerando che in casi di edifici pericolanti non si possono rischiare altre vite per recuperare qualcosa o per stabilire lo stato delle infrastrutture, negli ultimi anni si stanno sviluppando robot che hanno queste potenzialità. Nel caso dell Italia questi progetti sono portati avanti da numerose università e dalla protezione civile italiana. Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto (TN) - a.s Pag. 3

4 Nel recente sisma dell Emilia Romagna sono stati impiegati tre differenti tipi di robot: Un robot dotato di un omnicamera a 6 viste, di una testa rotante con camera ad alta risoluzione e di un laser scanner. Un altro che permette di arrivare in zone piene difficili e con le proprie telecamere riprendere cosa è successo all interno dell edificio in piena sicurezza. Inoltre è dotato di un braccio meccanizzato che può prendere e raccogliere piccoli oggetti per portarli al sicuro. Un terzo con la funzione di fare un rilievo in appena 7 minuti del fabbricato sia all interno che all esterno. E una macchina che restituisce una foto circolare che poi può essere raddrizzata con il computer e poi essere elaborata con qualsiasi programma di lavoro, come ad esempio autocad. Queste tre macchine sono state sviluppate a seguito del terremoto dell Umbria del 1997 che causò gravi danni ai beni artistici e soprattutto 4 vittime. Insieme sono stati creati anche quattro robotdroni per il rilievo, in sicurezza, delle opere d arte terremotate. Soluzione innovativa Per la soluzione innovativa, abbiamo ipotizzato un robot che agisca nei momenti post-terremoto, nello specifico individuare persone intrappolate sotto le macerie. Dopo aver preso in esame le situazioni che si verificano dopo un sisma (crollo di edifici, persone intrappolate ) abbiamo realizzato un disegno con tutte le componenti che il robot deve avere: Cingoli: in modo da potersi muovere su qualsiasi superficie (es. macerie); Telecamera termica: con possibilità di rotazione a 360 e con la capacità di localizzare le persone intrappolate grazie al calore emanato dal corpo umano; Trivella: capace di perforare un qualsiasi ostacolo che il robot deve oltrepassare; Pistone: per sfondare la superficie precedentemente trivellata; Telecamere: per trasmettere in diretta il video acquisito ad un addetto specializzato; GPS: grazie al quale è possibile inviare le coordinate del robot in tempo reale ad un operatore sul campo. I motori e i sensori sopra elencati vengono collegati ad un microcontrollore (es. Arduino) programmato in C che è connesso ad una ricetrasmittente in grado di inviare i video e di ricevere i comandi che il robot deve eseguire. Il tutto grazie ad un computer ad essa collegato a mezzo di una connessione wireless Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto (TN) - a.s Pag. 4

5 Progettazione e simulazione della soluzione studiata Abbiamo approfondito lo studio della nostra soluzione innovativa passando a una fase di progettazione e simulazione a computer di ciò che abbiamo pensato. Come prima cosa abbiamo realizzato con il computer, utilizzando come riferimento il disegno su carta, un modello in tre dimensioni del robot progettato. Questo ci ha permesso di perfezionare la nostra soluzione studiandone meglio la forma e le caratteristiche. Terminato il nostro modello 3D abbiamo creato una simulazione virtuale per analizzare meglio la movimentazione. Per riuscire nel nostro intento abbiamo utilizzato Unity, un programma sfruttato per creare videogiochi a livello professionale, che grazie alla sua gestione avanzata della fisica permette di realizzare simulazioni di movimentazioni. Dopo aver creato un ambiente virtuale fondamentalmente costituito da un terreno che possa ospitare il nostro robot, abbiamo importato nel programma il modello in tre dimensioni precedentemente realizzato, infine abbiamo creato uno script in java che ne permette il movimento all interno del suddetto ambiente (utilizzando la tastiera per comandarlo). Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto (TN) - a.s Pag. 5

6 Le fonti: geologia.com; linguaggioglobale.com; wikipedia.org; libro "Terremoti, come e perché" fornito dalla FLL; materiale fornito dall Università degli studi di Pavia; lezioni tenute dai docenti di scienze del nostro istituto. Informazioni fornite dagli operatori del Centro di pronto intervento regionale della Protezione Civile di Milano Ringraziamenti Ringraziamo per aver collaborato al nostro progetto con modalità diverse: L Università degli studi di Pavia Dipartimento di Scienze della Terra e dell Ambiente; Il Museo Elettrico Università degli studi di Pavia; Gli Insegnanti di Scienze delle classi 1SC e 2SC dell Istituto Maserati; La ditta Elca System (sig. Franco Cavallaro) di Casei Gerola. Il Centro regionale di pronto intervento della Protezione Civile di Milano Componenti del gruppo: Giovanni Balma Lorenzo Ferrante Lorenzo Ferrari Gianluca Panebianco Matteo Pidalà Allenatori Maria Grazia Gallo Franco Cavallaro Istituto Istruzione Superiore A. Maserati Voghera - FLL Rovereto (TN) - a.s Pag. 6