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Sistemi di monitoraggio strutturale

Progettazione e validazione di sistemi di monitoraggio strutturale con accelerometri basati su tecnologia MEMS, per il controllo di eventi dinamici ma anche inclinazioni, abbassamenti ed apertura di fessure.

Il mantenimento in esercizio di strutture e infrastrutture civili, quali viadotti, ponti, aeroporti, dighe richiede un’attenta strategia che permetta di mantenere efficiente la struttura e con un alto livello di sicurezza ma, al tempo stesso, limitandone i costi di manutenzione. Il problema diventa ancor più rilevante quando sia necessaria la valutazione del livello prestazionale di strutture potenzialmente danneggiate da eventi traumatici, quali gli eventi sismici. Allo stesso tempo, le moderne tecnologie di protezione delle strutture, quali sistemi di protezione nei confronti di azioni eccezionali (sisma), richiedono un sistema di controllo in grado di monitorare l’intero comportamento della struttura anche in condizioni operative, durante l’intera vita della stessa.

Le moderne metodologie di monitoraggio strutturale sfruttano lo sviluppo di nuove tecniche numeriche di identificazione strutturale e l’adozione di sensori sempre più sofisticati ed intelligenti capaci, non solo di eseguire l’acquisizione dei dati, ma anche di elaborare direttamente i dati mediante tecniche di filtraggio, eseguire localmente identificazioni di modelli e fornire direttamente all’utente informazioni sullo stato della struttura. Tra gli aspetti più significativi sviluppati negli ultimi anni, si sottolinea l’utilizzo di algoritmi di identificazione “automatica” di frequenze e modi propri e, per quanto riguarda l’evoluzione della strumentazione, l’utilizzo di strumentazione con sensori MEMS.

La ricerca degli ultimi anni si è concentrata nel definire le caratteristiche e le potenzialità di un sistema di monitoraggio dinamico basato su tecnologia MEMS per l’installazione su organismi strutturali, sviluppato dalla TELECO s.p.a. in collaborazione con il CIRI, il Prof. R. Guidorzi del DEIS (Università di Bologna) e l’Università di Modena e Reggio Emilia.

Il sistema di monitoraggio innovativo è composto da una unità centrale, che ha il compito di gestire il processo di acquisizione, di sincronizzazione delle unità accelerometriche e di archiviazione dei dati, e da unità periferiche intelligenti dedicate alla misura, connesse all’unità centrale per mezzo di un bus seriale. Ogni unità periferica misura le accelerazioni della struttura secondo due assi ortogonali grazie alla presenza di un sensore MEMS di alta precisione, oltre alla temperatura dell’ambiente in cui la periferica si trova. L’unità periferica non risulta essere quindi solo uno strumento di misura ma un sistema “intelligente” in grado di fornire alcuni dati preliminari utili per la valutazione dello stato di degrado della struttura.

Per poter validare le prestazioni del sistema, sono stati installati due sistemi di monitoraggio, uno tradizionale ed uno innovativo, sulla torre della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bologna.

Principali pubblicazioni

  1. Guidorzi R., Diversi R., Vincenzi L. Simioli V. (2010). Mems-based sensing for health monitoring of buildings, Fifth European Workshop on Structural Health Monitoring 2010, Sorrento, Italy, su CD

  2. Vincenzi L., Mazzotti C., Guidorzi R. (2010). Utilizzo di MEMS per il monitoraggio strutturale. 18° Congresso CTE Brescia, 11-13 novembre 2010.

  3. Guidorzi R., Diversi R., Vincenzi L.,, Mazzotti M., SimioliV. (2011). Structural monitoring of the Tower of the Faculty of Engineering in Bologna using MEMS-based sensing. Proceeding of EuroDYN 2011, 4-6 luglio, Leuven, Belgio.

  4. Vincenzi L., Mazzotti C., Guidorzi R. (2011). Monitoraggio strutturale della torre della facoltà di Ingegneria di Bologna XIV Convegno Nazionale di Ingegneria Sismica ANIDIS, Settembre 2011, Bari, su CD.
  5. Bastianini F., Pascale G., Sedigh S. (2011). Cost-effectiveness of structural health monitoring in low sensor count installations using a wireless autonomous SHM (WASHM) device. EWCHP: European Workshop on Cultural Heritage Preservation, 26-28 Settembre 2011, Berlino.