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Argomenti Monitoraggio e stima di pericolosità
◦ Reti di monitoraggio sismico: ◦ EARLY WARNING
Monitoraggio a grande scala: Immagini satellitari e data base GIS: Image
processing per stima rapida e grossolanamente quantitativa del danno sismico
Radar satellitare e radar scanner
Monitoraggio di singoli oggetti e opere strutturali: ◦ Monitoraggio in fase di costruzione e
monitoraggio in servizio ◦ Manutenzione programmata e manutenzione
flessibile ◦ Sensori ◦ Sistemi di monitoraggio
Monitoraggio e stima di pericolosità ◦ Reti di monitoraggio sismico: ◦ EARLY WARNING
Monitoraggio a grande scala: Immagini satellitari e data base GIS: Image
processing per stima rapida e grossolanamente quantitativa del danno sismico
Radar satellitare e radar scanner
Monitoraggio di singoli oggetti e opere d’arte: ◦ Monitoraggio in fase di costruzione e
monitoraggio in servizio ◦ Manutenzione programmata e manutenzione
flessibile ◦ Sensori ◦ Sistemi di monitoraggio
EARLY WARNING
Quando avviene un terremoto il suo effetto si propaga dall’epicentro al territorio circostante.
La propagazione avviene con ritardo che dipende dalla differenza di percorso delle onde di massa.
L’EARLY WARNING E’ UN ALLARME PREVENTIVO CHE SFRUTTA I SEGNALI DEI SENSORI DELLE RETI SISMOMETRICHE, SOPRATTUTTO DI RETI DEDICATE E IL RITARDO DI PROPAGAZIONE D’ONDA
L’intensità sismica nei siti si attenua con la distanza dall’epicentro tanto più rapidamente quanto più ridotta è la profondità della sismogenesi.
EARLY WARNING I terremoti italiani superano raramente la magnitudo 7.0
La sismogenesi avviene spesso a profondità modeste (9-10 km.)
CONSEGUENZE:
nei siti dove il terremoto è pericolosamente intenso la distanza dall’epicentro è modesta ed l’intervallo di tempo di preavviso molto breve.
Nei siti più lontani, dove l’intervallo di preavviso è più lungo, il sisma arriva fortemente attenuato.
LA’ DOVE L’EARLY WARNING SERVE NON C’E’ IL TEMPO NECESSARIO PER PRENDERE DECISIONI UTILI ED ATTUARLE.
E’ POSSIBILE, PERO’, ATTIVARE DIRETTAMENTE IN MODO AUTOMATICO AZIONI COME ALLERTARE LE SALE OPERATORIE E LE SALE DI MEDICINA INTENSIVA O FERMARE I TRENI AD ALTA VELOCITA’
Monitoraggio e stima di pericolosità ◦ Reti di monitoraggio sismico: ◦ EARLY WARNING
Monitoraggio a grande scala: Immagini satellitari e data base GIS: Image
processing per stima rapida e grossolanamente quantitativa del danno sismico
Radar satellitare e radar scanner (eg. frane)
Monitoraggio di singoli oggetti e opere d’arte: ◦ Monitoraggio in fase di costruzione e
monitoraggio in servizio ◦ Manutenzione programmata e manutenzione
flessibile ◦ Sensori ◦ Sistemi di monitoraggio
ripetibilità, aggiornamento immediato della cartografia
Pancromatiche
Cromatiche
Radar
Non acquisibili con cielo coperto. Limite
attuale di risoluzione: circa 30 cm. In futuro il
limite di risoluzione sarà legato più a rispetto
della privacy che a ragioni tecnologiche
Ognitempo. Minore risoluzione e definizione
Molto utili usandole: 1.per confronto, prima e dopo un evento catastrofico(sisma, alluvione,
frana...)
1.Come supporto cartografico per data-base interattivi su manutenzione,
monitoraggio e analisi di rischio
Uso civile di immagini satellitari
Immagini satellitari hi.res Uso per confronto
............ ............
INTEGRATIONINTEGRATION INTEGRATIONINTEGRATION
sourcesource 11 sourcesource 22 sourcesource 11 sourcesource 22
Local Node LocalLocal NodeNode
............
GEOREFERENTIATIONGEOREFERENTIATION
CENTRAL NODECENTRAL NODE
satellite
IMAGES
Diagramma a blocchi del sistema di rilievo del danno
Diagramma a blocchi del sistema di rilievo del danno PostPost--evento evento PrePre--evento evento
Confronto Confronto
Diagramma a blocchi del sistema di rilevamento del danno
Confronto immagini pre e post-evento con riconoscimento automatico
delle variazioni Superficiali e volumetriche
progetto RADATT (F. Casciati, PV)
Uso immagini satellitari hi.res. come supporto database GIS
• Georeferenziazione immagine satellitare Ikonos dell' Alta Val di
Susa con un metro di risoluzione;
• Analisi di rischio strutturale e idrogeologica su elementi
strategici presenti sul territorio;
• Creazione di un database GIS per la gestione e il controllo delle
informazioni derivanti dall’analisi di rischio e dal monitoraggio.
ESEMPIO:
STUDIO PILOTA DI INTEGRITA’ DI UN SISTEMA INFRASTRUTTURALE DI
TRASPORTO (Valle di Susa, Torino)
FASI DEL PROGETTO
Monitoraggio e stima di pericolosità ◦ Reti di monitoraggio sismico: ◦ EARLY WARNING
Monitoraggio a grande scala: Immagini satellitari e data base GIS: Image
processing per stima rapida e grossolanamente quantitativa del danno sismico
Radar satellitare e radar scanner
Monitoraggio di singoli oggetti e opere d’arte: ◦ Monitoraggio in fase di costruzione e
monitoraggio in servizio ◦ Manutenzione programmata e manutenzione
flessibile
◦ Sensori ◦ Sistemi di monitoraggio
Monitoraggio delle strutture civili
Analisi di rischio
Aggiornamento
Analisi di rischio
Monitoraggio? Si No
Monitoraggio
Progetto
strutturale
-Piano di
manutenzione
flessibile
-Incertezza elevata
-Dimensionamento
più oneroso
-Piano di
manutenzione
rigido
COSTRUZIONE
ISIS Canada SHM Guidelines
FHWA USA Guide 9-8 – SHM Guidelines
FIB Europe Task Group 5-1 – SHM Guidelines
ISO – SHM Guidelines
UNI – (in preparazione)
Eventi chiave nel prossimo futuro: SHMII-7, Torino, Luglio 2015: proposta istruttoria di
armonizzazione delle linee-guida;
Workshop IWSHM su monitoraggio, Stanford, settembre 2015: analisi, comparazione e armonizzazione delle linee-guida.
Alcune delle linee guida internazionali
Evoluzione delle risposte attese
Descrizione soggettiva dei sintomi osservati di danno e degrado
Indici sommari di danno e degrado ottenuti con scheda a punti
Variazione oggettiva misurata dei sintomi di danno e degrado
Valutazione su base oggettiva e misurata della resistenza e vita residua
Conseguante evoluzione delle strategie di monitoraggio
Ispezione visiva periodica con descrizione verbale delle condizioni
Ispezione visiva periodica con
scheda a punti per vulnerabilità e degrado
Ispezione visiva periodica con sperimentazione dinamica
Monitoraggio con sensori in stazione
permanente ed ispezione visiva periodica
Monitoraggio in linea remoto con analisi di rischio ed ispezione visiva su allarme
Strutture “intelligenti”
Possibile evoluzione futura: le strutture “smart”
molti sensori miniaturizzati o sensori distribuiti ed a basso costo capaci di rilevare il naturale degrado dei materiali e di misurare la risposta ad azioni esterne, quali azioni termiche, eventi sismici o impatto di atti umani.
controllo pressoché continua nello spazio e nel tempo, basato su un monitoraggio diffuso ed “in linea”. “smart” = capace, alla stregua di un organismo vivente, di tenere sotto controllo, in modo complessivo e compatto, l’informazione proveniente da una moltitudine di terminazioni sensoriali, tali da coprire l’intera estensione, superficiale o volumica della struttura. Come in un essere animato:
◦ regole gerarchiche di riduzione che fanno cogliere solo una informazione complessiva e sintetica sullo stato del sistema e le sue alterazioni (DATA MINING-DATA FUSION; Clustering stocastico, regolarizzazione, funzioni di soglia, ottimizzazione compatitiva o collaborativa, soft-computing e calcolo parallelo.)
Rete gerarchica di sensori gerarchica del percorso di trasmissione :
localmente a ciascun livello, l’informazione è opportunamente pretrattata e ridotta prima di proseguire verso il sistema centrale deputato alla fase interpretativa e decisionale.
Intranet Intranet
Database
Structure
Analysis
Data
Process
Data
Acquir
Data
Inquire
Server
Server Server
center
Inquire, print, show
SISTEMI INTEGRATI DI MISURA E DIAGNOSI
Nella valutazione della sicurezza si integrano misure e data-base
Courtesy of OU Jimping, HIT, PRC
Load
Measured
response
Structure and
sensors
Dynamics
Health model
Damage models
Safety evaluation
Database
Inquire
Report
Copy
Virus User Diary T -Stripper
IDEAL
Data
repair
Safety means for data
Safety
Il trattamento del monitoraggio in dettaglio
Courtesy of OU Jimping, HIT, PRC
La disponibilità di basi di dati manutentivi e di rilievi strumentali associati alla osservazione dello stato delle strutture è strumento importantissimo di affinamento diagnostico. In Cina la gestione centralizzata ed autoritaria delle attività pubbliche rende accessibile un tale strumento.
In Italia i dati manutentivi sono tra i segreti meglio custoditi e le osservazioni dirette reali devono per lo più essere sostituite da simulazioni numeriche
Monitoraggio e stima di pericolosità ◦ Reti di monitoraggio sismico: ◦ EARLY WARNING
Monitoraggio a grande scala: Immagini satellitari e data base GIS: Image
processing per stima rapida e grossolanamente quantitativa del danno sismico
Radar satellitare e radar scanner
Monitoraggio di singoli oggetti e opere d’arte: ◦ Monitoraggio in fase di costruzione e monitoraggio
in servizio ◦ Manutenzione programmata e manutenzione
flessibile
◦ Sensori
◦ Sistemi di monitoraggio
MicroSistema Base
Si devono integrare quattro diversi aspetti:
Sensore (SE),
Elemento di calcolo (PE),
Parte di Comunicazione (CE)
Alimentazione (PS)
SE
CE PS
PE
grandezza
fisica
energia
rete
Flessibili inseribili anche nei compositi
Trasmettono dati e agiscono da sensori
Leggere, immune da disturbi EM
Robuste a corrosione e fatica
Sicure e sensibili
Fibre ottiche
Caratteristiche
Come sono realizzate
Scopo del «cladding è creare una
superficie riflettente capace di
catturare l’energia luminosa
confinandola nel «core» attraverso
riflessioni multiple.
Sistemi di monitoraggio strutturale
Grating Pitch
: Bragg Wavelength
Sistema FO con reticoli di Bragg
Sensore FO a polarizzazione
Polarization sensing il sensore ruota il piano di polarizzazione della luce
Esempio: un campo di pressione comprime un materiale fotoelastico racchiuso tra due filtri polarizzatori
Il secondo polarizzatore
converte la rotazione del
piano di polarizzazione in
riduzione di intensità
luminosa
PFO (plastic fiberoptics) for crack evolution measure
a
a
PFO crack opening sensors
measure light intensity changes
locally, due to the change of the
gap width of an Interrupted plastic
fiber.
The monochromatic non- coherent
light used for this sensor is
generated by a led.
The POF is fit for this use because
the Numerical Aperture is large and
the intensity is sensitive to the gap
evolution.
The cost is very low, the first
validation tests show a good
repeatability.
Light in
Attenuated
light out
a
Numerical Aperture, NA
aS inN A
Acceptance cone
crack
Sensori PVDF ( Polyvinylidene Fluoride )
Piezoelectricità: il materiale piezoelettrico genera
tensione se soggetto a deformazione
Materiali piezoelectrici :
Piezoceramiche
Polyvinylidene Fluoride
PVDF
PVDF-1PVDF-2
PVDF-1PVDF-2
a)· ½Ê½1
b)· ½Ê½2
c)· ½Ê½3
Sviluppo delle fessure osservato con PVDF
V-t
SMA (Shape Memory Alloy) Sensors (Li Hui, HIT, PRC, 2002)
0.0 0.5 1.0 1 .5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Specimen
Str
ess
(M
pa)
Stra in (%)
Diam eter 1.2m m
Strain Amplitude 3 %
Exciting Freq uency 0.0 04 Hz
Cy cles 10
0 5 10 15 20 25
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Unloading
Loading
Specimen
Str
ess
(Mpa)
R/R0 (%)
Diameter 1.2mm
Strain Amplitude 3%
Exciting Frequency 0.004 Hz
Cycles 10
(a) Stress versus strain (b) Electric resistance versus stress
SMA Sensors
CF- NP
cement
Cemento con
fibre di
carbonio
nano-particelle
+
Calcestruzzo usato come
Sensore ( HIT, 2001)
Calcestruzzo “smart”
Alta durabilità per monitoraggio di lunga durata
Compatibilità con il getto in cui è inserito
Sensore proposto da
azienda start-up I3P
(incubatore imprese
Politecnico di Torino)
Invenzione
pluri-premiata
The “Lingotto” olympic foot-bridge
18 OFBG sensors for cable dynamics
12 wired accelerometers (capacitive, 1 V/g)
12 wireless MEMS (2axes inclinometers+
temperature )
2 differential displacement sensors
(pull-down cable to support)
Two strain gauge sets (pull-down
cable and supporting cantilever))
135 m
+