SPERIMENTAZIONE DEI MATERIALI E DELLE STRUTTURE IL MONITORAGGIO DELLE STRUTTURE DELL INGEGNERIA CIVILE LE PROVE DI CARICO STATICO Paolo Panzeri MILANO - maggio 2007 a.a. 2006-07
Eseguite sulle strutture sono utili per: LE PROVE DI CARICO STATICHE - il controllo globale e diretto della buona esecuzione delle opere costruite; - per la verifica delle deflessioni e delle sollecitazioni prodotte dai carichi. Permettono di: - verificare se gli elementi strutturali restano in campo elastico per effetto delle forze esterne applicate che devono raggiungere, al massimo, quelle previste in fase di progetto. A tal fine è necessario realizzare condizioni di carico significative, raggiungendo l'intensità massima attraverso vari incrementi e lasciare le strutture sotto carico massimo costante per un determinato periodo di tempo affinché il materiale possa deformarsi completamente. La determinazione degli spostamenti e degli sforzi colti in corrispondenza di punti degli elementi esaminati, permette di confrontare il comportamento effettivo con quello ipotizzato e di verificare la validità del calcolo preso in esame nel progetto.
LE PROVE DI CARICO STATICHE Le grandezze che si possono misurare sono : - gli spostamenti; - le rotazioni; - le deformazioni unitarie; Dalle deformazioni unitarie, una volta noto il modulo elastico del materiale, è possibile risalire agli sforzi. Gli strumenti di misura e le loro posizioni, le modalità di esecuzione e le metodologie di prova variano con il tipo di strutture da esaminare e con le sollecitazioni a cui esse andranno sottoposte. Le prove di carico statico prevedono l'impiego di: - attrezzature di carico; - strumentazione di misura; - sistemi di acquisizione ed analisi dei dati.
ATTREZZATURE DI CARICO Tipicamente venivano utilizzati sistemi di tipo gravitazionale, che consentono l'applicazione di soli carichi verticali e consistono nell'uso di zavorre con requisiti di peso e di geometria idonei alla prova. Tipico è l'impiego di blocchi di calcestruzzo, oppure di contenitori d acqua, direttamente applicati alle strutture orizzontali in prova. In pratica oggi sono sempre più frequentemente impiegati sistemi di carico idraulici operanti a tiro oppure a spinta, che consistono nell'impiego di uno o più martinetti abbinati a funi, fasce, puntelli ecc., in grado di applicare carichi tra la struttura da provare ed un contrasto esterno di reazione. I sistemi idraulici non possono invece essere impiegati, e quindi occorre ricorrere ai sistemi di tipo gravitazionale, in caso di assenza di un adeguato contrasto esterno di reazione. I vantaggi dei sistemi di carico idraulici sono evidenti: - migliore caratterizzazione del comportamento statico della struttura attraverso l esecuzione di più cicli di carico; - maggiore sicurezza in fase di prova avendo la possibilità di scaricare rapidamente la struttura in caso di necessità; - minor tempo e minor costo di esecuzione.
STRUMENTAZIONE DI MISURA I principali elementi da tenere in considerazione sono: - sensibilità, risoluzione; - fondo scala adeguato alle misure attese; - stabilità nel tempo per prove di lunga durata e per sistemi di monitoraggio strutturale. La scelta del sistema di riferimento e di sostegno degli strumenti di misura degli spostamenti deve possedere i seguenti requisiti: - immobilità e indeformabilità nel corso della prova, affinché possa rappresentare un valido e sicuro sistema di riferimento assoluto - stabilità nei riguardi delle variazioni di temperatura. La classificazione degli strumenti impiegati è legata sia al tipo di grandezza da rilevare, sia al principio di funzionamento del sensore stesso; per quest'ultimo aspetto si possono distinguere, in via del tutto generale, trasduttori a misura diretta oppure sensori elettrici (ossia che traducono la grandezza meccanica in tensione elettrica).
STRUMENTAZIONE DI MISURA Le principali caratteristiche della strumentazione di misura sono: -la sensibilità statica, intesa come rapporto tra tensione elettrica di uscita e valore della grandezza meccanica di ingresso; -la linearità, intesa come il massimo scostamento della curva di calibrazione dello strumento da una retta; -la risoluzione, definita come il più piccolo cambiamento misurabile nella grandezza di ingresso; - il rapporto segnale - rumore, inteso come grado di disturbo arrecato dal segnale elettrico quando è nullo il segnale meccanico di ingresso. Nelle indagini statiche per l esecuzione di prove di carico vengono tipicamente utilizzate le seguenti principali tipologie di strumentazione: - Livelli ottici di precisione; -Comparatori analogici centesimali e millesimali - Trasduttori di spostamento di tipo elettroinduttivo; - Estensimetri a variazione di resistenza elettrica; - Estensimetri di tipo elettroinduttivo.
STRUMENTAZIONE DI MISURA Trasduttori di spostamento elettroinduttivi LVDT
STRUMENTAZIONE DI MISURA Comparatori analogici centesimali e millesimali
STRUMENTAZIONE DI MISURA Dispositivi di carico idraulici Differenti portate e corse del cilindro
STRUMENTAZIONE DI MISURA Cella di carico
STRUMENTAZIONE DI MISURA Centralina circuito idraulico Manometro digitale ed analogico
STRUMENTAZIONE DI MISURA Tazze livellometriche
SISTEMA DI ACQUISIZIONE ED ANALISI DEI DATI Attualmente sono disponibili sistemi automatici di acquisizione, elaborazione e restituzione delle misure, interfacciabili con sensori di tipo elettrico. Tipicamente la registrazione delle indicazioni strumentali viene condotta tramite sistema automatico di acquisizione digitale, composto da: - personal computer - scheda di acquisizione/conversione A/D (analogico/digitale) ad alte prestazioni (anche fino 64 canali) - software appositamente sviluppati operanti in ambiente Windows Ogni singolo dato viene raccolto ad intervalli di tempo predefiniti tramite un rapido numero di letture sequenziali di cui viene memorizzato il valore medio. Le misure dei sensori di misura vengono correlate alle condizioni di carico applicate rilevate mediante celle di pressione sul circuito idraulico.
Prova di carico statico Edificio Rurale Offanengo (CR)
Prova di carico statico Cavalcavia Palmanova Milano (MI)
Prova di carico statico [1/2] Copertura Edificio Industriale Sant Omobono Imagna (BG)
Prova di carico statico [2/2] Copertura Edificio Industriale Sant Omobono Imagna (BG)
Prova di carico statico Piscina Comunale Desio (MI)
Prova di carico statico Pensilina strallata Monza (MB)
Sollevamento interpiano [1/3] Edificio Pirelli Milano (MI)
Sollevamento interpiano [2/3] Edificio Pirelli Milano (MI)
Sollevamento interpiano [3/3] Edificio Pirelli Milano (MI)
Prova di carico statico [1/2] Aeroporto Milano Malpensa Terminal 1 (VA)
Prova di carico statico [2/2] Aeroporto Milano Malpensa Terminal 1 (VA)
Prova di carico statico [1/2] Trave reticolare spaziale Copertura Milano Malpensa - (VA)
Prova di carico statico [2/2] Copertura HUB Milano Malpensa Trave reticolare spaziale (VA)
Prova di carico statico Pali fondazione Linea A.V.
Prova di carico statico Ponte S.S. 671 Clusone (BG)
Prova di carico Chiesa Dives in Misericordia Roma
Prova di carico statico Ponte Gerola fiume Po San Nazzaro del B. (PV)
Prova di carico statico Serbatoio acqua Ghisalba (BG)
Prova di carico statico Copertura in lamellare - Tribuna Centro Sportivo del Lambrone Erba (CO)
Prova di carico statico
Prova di carico statico Trave in c.a.p.
22 KN 22 KN 22 KN Prova di carico statico [1/2] Copertura lignea di edificio di antica costruzione Brescia (BS)
2500 2000 1500 1000 500 0 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 Cedimenti [mm] Prova di carico statico [2/2] Copertura lignea di edificio di antica costruzione Brescia (BS)
Paolo Panzeri P&P Consulting Engineers www.pepconsultingengineers.it