Il monitoraggio degli spostamenti

Transcript

1 Il monitoraggio degli spostamenti Introduzione Lo studio del monitoraggio di un opera d Ingegneria Civile nasce con l opera stessa in quanto fisiologicamente connesso ai problemi strutturali che il progetto e la costruzione mettono in luce. E necessario pertanto un progetto delle misure capace di fornire nel tempo dati continui ed affidabili, precisando che la continuità si esplica potendo misurare gli spostamenti ad intervalli di tempo prestabiliti e l affidabilità fornendo valori significativi conducenti alla valutazione del grado di sicurezza dell opera. La procedura da seguire per un corretto progetto di monitoraggio è la seguente: 1) Informazione generale sul comportamento della struttura. 2) Individuazione dei punti significativi in cui determinare gli spostamenti. 3) - Conoscenza delle caratteristiche di deformazione e delle direzioni significative di movimento. 4) Dimensionamento di un range di misura. 5) Scelta della procedura di misura del sistema di riferimento globale, scelta del sistema operativo e della strumentazione. 6) Valutazione della soglia di rischio e programmazione sistema d allarme. La procedura descritta dovrà essere adottata di volta in volta al tipo e all importanza dell opera, nel seguito sviluppiamo i concetti esposti per alcune tipologie di opere, indicando di massima i problemi che vanno affrontati. 1.1 Fabbricati Lo schema riportato in figura è relativo ad un telaio strutturale in acciaio o in c.a. incastrato in una fondazione a platea. 1

2 di cui si vogliono monitorare gli spostamenti dovuti ai carichi verticali. Progetto del monitoraggio 1) Le informazioni sul comportamento strutturale sono contenute nella relazione di calcolo in cui vengono riportati i valori di spostamento di ogni punto quando la struttura viene sottoposta ai carichi di servizio. In particolare si riportano sia gli spostamenti rispetto ad una terna xyz di ogni nodo, sia gli spostamenti della fondazione in funzione del terreno di sedime. 2) In generale non è possibile sottoporre tutti i punti della struttura al controllo, pertanto se ne scelgono alcuni che più significativamente di altri forniscono le informazioni desiderate. E importante notare che mentre per i punti esterni della struttura è possibile l utilizzazione sia di controlli globali che locali, per quelli interni si possono eseguire solo controlli locali. 3) Le direzioni significative di movimento, nel caso in questione, sono le verticali di ogni punto e le caratteristiche di deformazione sono abbassamenti e rotazioni della struttura i cui ordini di grandezza sono contenuti nell elaborato di calcolo. 2

3 In generale le travi in c.a. sono più rigide delle travi in acciaio, e a parità di condizione di carico e luce possono avere spostamenti e rotazioni con un ordine di differenza. 4) Individuati quindi gli elementi da sottoporre a controllo e desunti dalla relazione di calcolo gli ordini di grandezza di spostamenti e rotazioni si è in condizione di progettare un range di misura entro il quale andranno eseguiti le letture strumentali. 5) In conseguenza di quanto stabilito al punto (4) sarà possibile scegliere la procedura di misura ed il sistema di riferimento. Infatti per i punti eterni ed in particolar modo quelli controllabili con una livellazione geometrica di Alta Precisione si può stabilire un sistema di riferimento il cui zero va posizionato in un punto reso fisso e certamente non influenzato dallo stato pensionale nell intorno della fondazione. Per gli spostamenti locali e non riconducibili ad un sistema di riferimento esterno da misurare sulle travi, sulle mensole e sui pilastri si possono utilizzare clinometri di precisione, flessimetri ed estensimetri. 6) La valutazione della soglia di rischio è evidentemente collegata ai valori desunti dalla relazione di calcolo e dallo stato tensionale che si configura con spostamenti superiori a quello di progetto. Fissati quindi i valori massimi da non superare (soglia di rischio) il problema si diversifica nei due seguenti casi: 1) Monitoraggio in continuo e quindi collegamento degli spostamenti a centraline di registrazione che automaticamente innescano il sistema di allarme. 2) Monitoraggio ad intervallo di tempo prestabilito in cui è l operatore che valuterà di volta in volta il grado di sicurezza del fabbricato e si comporterà conseguenzialmente. 1.2 Paratie Si riporta in figura la sezione schematica di una paratia a sostegno di un terrapieno su cui fonda un fabbricato: 3

4 Schema planimetrico Sezione schematica Si vuole progettare il monitoraggio della paratia. La soluzione migliore è quella dell inclinometro posizionato all interno di uno o più pali che forniscono la deformata del palo e quindi gli spostamenti orizzontali di ogni punto esterno ed interno al terreno. Tutte le informazioni utili sono contenute nella relazione di calcolo, pertanto è facilmente individuabile la soglia dall allarme avuto riferimento agli spostamenti di progetto. La direzione significativa di movimento è quella ortogonale al fronte del terreno, ma in ogni caso l inclinometro fornisce deviazioni dalla verticale in tutte le direzioni. Ove il controllo dovesse avvenire a pali realizzati e quindi nell impossibilità di posizionare inclinometri all interno di essi, si può ricorrere ad una rete topografica di Alta Precisione integrata dal posizionamento di inclinometri nel terreno circostante. 4

5 L utilizzazione della rete comporta uno studio dell ellissi dei punti da controllare avuto riguardo agli spostamenti di progetto e alla soglia d allarme, in quanto risulta evidente che l asse di minima incertezza dovrà essere orientato secondo la direzione significativa di movimento ed avere dimensione non superiore ad ¼ dello spostamento che individua la soglia d allarme. L uso della rete richiede la costruzione di punti fissi e di segnali facilmente collimabili ed opportunamente protetti. Se la paratia è interessata anche da movimenti verticali, può essere utilizzata la livellazione geometrica ovvero quella trigonometrica se le incertezze di misura lo consentono. 1.3 Muri di sostegno Si vuole monitorare un muro di sostegno di un terrapieno su cui fonda un fabbricato così come riportato nello schema in figura Il monitoraggio può essere eseguito mediante: a) rete topografica planoaltimetrica b) rete topografica planimetrica integrata da livellazione geometrica c) utilizzazione di clinometri 5

6 Per le reti valgono le stesse considerazioni fatte per il monitoraggio della paratia, mentre giova soffermarsi sull utilizzazione dei clinometri che risolve abbastanza semplicemente il problema. Infatti nell ipotesi che il muro ruoti rigidamente attorno al bordo interno della fondazione. 1 h2 δ1 = ϕ(h 1+ h 2 ) δ 2 = ϕ L ϕ ϕ h1 ϕ L δ 2 6