Prevenire i danni ai monumenti con il monitoraggio strutturale mediante distanziometri laser.

Particolare del sistema di monitoraggio strutturale basato su distanziometri laser e in secondo piano la colonna superstite del tempio di Hera Lacinia nell'area archeologica di Capo Colonna (KR) Particolare del sistema di monitoraggio strutturale basato su distanziometri laser e in secondo piano la colonna superstite del tempio di Hera Lacinia nell'area archeologica di Capo Colonna (KR).

Particolare del sistema di monitoraggio strutturale basato su distanziometri laser e in secondo piano la colonna superstite del tempio di Hera Lacinia nell'area archeologica di Capo Colonna (KR).

Nell'area archeologica di Capo Colonna (KR) è stato realizzato un sistema di monitoraggio strutturale non invasivo in continuo, basato su distanziometri laser, in grado di rilevare alterazioni statiche della colonna superstite del tempio di Hera Lacinia.

L'individuazione preventiva delle alterazioni strutturali, dovute sia a cedimenti della struttura sia a movimenti dovuti a fenomeni geomorfologici, consente una più efficace tutela del monumento anticipando eventuali problematiche dovute al dissesto, in modo da rendere possibile gli opportuni interventi preventivi.

L'importanza del monitoraggio strutturale preventivo

Il monitoraggio strutturale dei beni archeologici è basilare per tenere sotto controllo le condizioni statiche dei monumenti e la loro evoluzione nel tempo. Tuttavia un rilievo tardivo delle alterazioni statiche può risolversi nell'ipotesi migliore in un intervento oneroso di ripristino e nelle ipotesi peggiori in un danneggiamento della struttura.

Un monitoraggio con strumentazione tradizionale collegata al monumento o posta nelle sue immediate vicinanze, come ad esempio inclinometri, piezometri, assestimetri, clinometri, accelerometri, etc, evidenzia i movimenti locali nonché gli effetti di azioni meccaniche ripetitive (p. es. gli accelerometri, che, rilevando la derivata prima della velocità, consentono di evidenziare gli effetti di movimenti ripetuti e periodici di masse quali il moto ondoso o il vento) che possono interessare, stressandola, la struttura e le sue stesse fondazioni solo quando questi sono macroscopici e possono pertanto arrivare ad alterare le condizioni statiche del monumento medesimo.

Oltre ai dati raccolti con la strumentazione tradizionale, per un intervento tempestivo è strettamente necessario che il sistema di monitoraggio sia anche in grado di evidenziare i fenomeni prima che questi arrivino a compromettere la statica del monumento.

Il sistema realizzato a Capo Colonna

Nell'ottica di risolvere questa problematica, Asper ed Ecosystems hanno collaborato alla progettazione, realizzazione ed installazione di un sistema di monitoraggio strutturale in continuo, basato su distanziometri laser che rilevassero spostamenti anche millimetrici delle parti del monumento prese come bersaglio: due punti posizionati sul basamento e sul capitello della colonna superstite del tempio di Hera Lacinia nell'area archeologica di Capo Colonna (KR).

Visione notturna della colonna superstite del tempio di Hera Lacinia nell'area archeologica di Capo Colonna (KR) con in evidenza i due spot laser (macchie rosse) sul basamento e sull'ultimo rocco prima del capitello Visione notturna della colonna superstite del tempio di Hera Lacinia nell'area archeologica di Capo Colonna (KR) con in evidenza i due spot laser (macchie rosse) sul basamento e sull'ultimo rocco prima del capitello

Visione notturna della colonna superstite del tempio di Hera Lacinia nell'area archeologica di Capo Colonna (KR) con in evidenza i due spot laser (macchie rosse) sul basamento e sull'ultimo rocco prima del capitello.

Il cuore del sistema realizzato è costituito da tre distanziometri laser industriali, modello FLS-C 10 di Dimetix, e da un'unità di controllo modello cRIO-9022 di National Instruments.

Per realizzare questo obbiettivo, abbiamo posizionato i distanziometri laser ad una distanza dal monumento tale da garantire un ridotto o comunque differente grado di spostamento dovuto alle componenti geologiche. Per maggiore sicurezza, inoltre, il sistema utilizza come riferimento per validare i dati acquisiti sul monumento, un ulteriore distanziometro puntato su un bersaglio localizzato in posizione pressoché diametralmente opposta rispetto al monumento, quindi ancora più arretrata anche rispetto alla stazione di misura.

I distanziometri FLS-C assicurano una misura su superficie naturale con un'accuratezza dell'ordine del millimetro su distanze che in condizioni ottimali possono raggiungere gli 80-100 metri per misure in esterno.

L'unità di controllo cRIO-9022, dotata di sistema operativo real-time, assicura l'affidabilità richiesta per il controllo dell'intero sistema e per le misure in continuo, 24 ore al giorno e 365 giorni all'anno, su lungo periodo.

Sull'unità cRIO-9022 un applicativo in linguaggio LabVIEW Real-Time di National Instruments, sviluppato da Asper, realizza la gestione della configurazione dei distanziometri, e la raccolta, elaborazione e storicizzazione delle misure. Per ogni distanziometro, l'applicativo acquisisce un numero di misure a intervalli di tempo ravvicinati e ne elabora i dati aggregati, gli indicatori statistici e di qualità della misura. I dati cosi elaborati sono storicizzati su file insieme ad alcuni indicatori dello stato dell'unità di controllo.

L'applicativo sviluppato è completamente configurabile in quanto a modalità e periodicità di misura; la configurazione avviene tramite un file testo in formato INI. Attraverso la configurazione si può accedere alle differenti modalità di misura dei distanziometri FLS-C, questa funzionalità è risultata particolarmente utile nella fase di installazione e messa in servizio del sistema per determinare la migliore modalità operativa dei distanziometri.

Al fine di permettere una completa gestione e manutenzione da remoto, l'applicativo accetta alcuni comandi tramite i quali gestisce il riavvio dell'unità cRIO o il riavvio dei servizi supportati con la rilettura dei relativi file di configurazione.

Tutto il sistema, costruito attorno agli elementi principali precedentemente descritti, è stato progettato per lavorare in esterno con condizioni ambientali sfavorevoli come forti venti, aerosol salini, elevata insolazione, pioggia, ecc..

Ognuno dei tre distanziometri è montato su un sistema di puntamento micrometrico a due assi, i sistemi di puntamento sono a loro volta fissati su una robusta piattaforma comune, realizzata in acciaio inossidabile AISI 316 e ancorata ad un plinto in cemento armato affogato nel terreno. Il sistema di puntamento è stato progettato intorno a tavole ruotanti commerciali ed è stato realizzato su progetto da un officina meccanica di precisione. Le componenti metalliche non realizzate in acciaio inox sono stati protette contro l'ossidazione con trattamenti superficiali specifici.

Un box, realizzato con un telaio in profilato ad L, sempre in acciaio inox AISI 316, e chiuso da pannelli in wafer di materiale composito, protegge i distanziometri e la struttura di supporto dalle intemperie. Il box è dotato di bocche di ventilazione dotate di filtri protettivi e la copertura è realizzata in modo analogo ad un tetto ventilato al fine di ridurre, nell'interno, gli effetti termici dell'irraggiamento dovuti all'insolazione sulla copertura esterna. Il box è meccanicamente e spazialmente separato dalla piattaforma su cui sono montati i distanziometri in modo da disaccoppiare quest'ultima dall'azione meccanica delle intemperie, quali ad esempio il vento o le dilatazioni termiche, che agiscono sulla struttura esterna di protezione. Sulle pareti del box sono realizzati i fori per il passaggio dei fasci laser, fori dotati a loro volta di opportune protezioni dal vento e pioggia.

Grazie a questo sistema è possibile operare un monitoraggio completo laddove la conservazione di un monumento archeologico sia messa a rischio dall'azione diretta dagli agenti atmosferici, in particolare nei casi in cui il monumento sia stato nuovamente sottoposto all'azione delle dinamiche atmosferiche superficiali in seguito a scavi, sia dall'azione di locali fenomeni di origine geologica/geomorfologica, che potevano essere presenti anche all'epoca della realizzazione e che si sono resi più evidenti nei periodi successivi, oppure che si siano sviluppati successivamente, quali movimenti di faglie, apertura di diaclasi, condizioni di erosione (basti pensare alle falesie costiere), di frana, di variazioni del livello della falda (che può indurre fenomeni di bradisismo che possono destabilizzare il monumento), di subsidenza, ecc..

Bibliografia

 

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- AS_WSN
- Monitoraggio strutturale
- Monitoraggio ambientale
- Parallel coordinates
- AS_Tessuti
- AS_Pressa
- AS_Pressa_R
- AS_TFO
- AS_TeK
- AS_Corvus
- Simulatore dinamico
- Acc_Man
- AS_Motor
- ASPhono
- ST-box
- Diagnostica remota
- Trattamento immagini
- Analisi della voce
- Simulazioni numeriche
- Sistema di controllo

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