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Monitoraggio strutturale di ponti e viadotti con la tecnologia wireless

La necessità di controllo delle strutture è un fattore fondamentale nella costruzione delle infrastrutture, nella manutenzione delle opere e nella mitigazione dei rischi per garantire la sicurezza delle persone

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Foto in primo piano: (photo credit: Tecnoplus Sas)

Il monitoraggio con dispositivi wireless è di aiuto nel gestire in modo più sicuro ed economico un’infrastruttura o un asset aziendale. La tecnologia “Internet of Things” (IoT) permette di collegare un vasto range di sensori attraverso una piattaforma wireless inviando i dati attraverso la rete cellulare all’utente finale.

Tipologie e applicazioni

Grazie alla tecnologia wireless, Senceive può interfacciare diversi tipi di sensori quali clinometri triassiali, distanziometri laser, sensori a corda vibrante (strain gauge, piezometri, ecc.), sensori elettrici mV/V, fessurimetri potenziometrici o a filo (https://www.senceive.com/).

I prodotti Senceive possono essere utilizzati per il controllo di giunti e fessure, nei versanti per il monitoraggio delle falde (piezometri), pressione del terreno, nel monitoraggio di cedimenti longitudinali, temperature, deformazioni e strain. Accoppiati alle procedure di ispezione standard, possono rimanere installati per molti anni e garantire una operatività in sicurezza delle strutture.

fessurimetri
1. Alcuni prodotti Senceive: gateway, tiltmeters triassiali e nodi wireless per fessurimetri

Il monitoraggio remoto con tecnologia wireless

I vantaggi che offre un sistema wireless Senceive sono: elevata affidabilità delle informazioni, basso consumo di energia, monitoraggio di strutture difficilmente accessibili, abbattimento di costi per cavidottiscavi-cablaggi-camion by-bridge, la sicurezza dei dati attraverso un adeguato livello di protezione dei dati trasmessi dai dispositivi.

Senceive dispone di due distinte piattaforme di comunicazione progettate per operare nella più ampia gamma di applicazioni.

FlatMesh™ è la scelta più indicata per configurazioni di sensori concentrate, letture ad alta frequenza e funzionamento intelligente e reattivo. La piattaforma GeoWAN™, invece, ha un range di funzionamento fino a 15 km ed è l’ideale laddove i sensori siano maggiormente distanziati.

Flatmesh™ – Intelligent Monitoring

In un sistema FlatMesh™, i dispositivi “dialogano” con i loro vicini, trasmettendo i dati con le aree circostanti in una serie di salti. Questo sistema dinamico, non gerarchico, è estremamente robusto ed in grado di sopportare danni ai singoli dispositivi senza una perdita di prestazioni.

La piattaforma FlatMesh™ si compone di una rete mesh di sensori intelligenti, composta da dispositivi compatti e facili da installare. È adatta a reti concentrate in aree relativamente più contenute. È particolarmente indicata per i luoghi di difficile accessibilità, con ostacoli che limitano altre tecnologie. I nodi comunicano tra di loro attraverso un percorso ottimale, creando una rete a maglia e trasmettendo i dati al gateway attraverso una serie di salti.

  • GeoWAN
    2A senceive
    2A. Le piattaforme FlatMesh™ and GeoWAN™
  • FlatMesh
    2B senceive
    2B. Le piattaforme FlatMesh™ and GeoWAN™

Grazie a questa tecnologia si possono raggiungere distanze nodo-nodo fino a 300 m, e grazie al funzionamento a maglia è possibile coprire le diverse zone monitorate con un unico gateway con intervalli di lettura fino a 1 secondo.

Il continuo sviluppo dell’interfaccia e degli algoritmi wireless ha consentito di ottenere un consumo energetico ultra-basso e una durata della batteria molto elevata. Il sistema di gestione intelligente consente agli utenti di interagire da remoto con i nodi e il gateway, ad esempio per impostare la frequenza delle letture, inviare dati ad altre piattaforme di visualizzazione o di impostare allarmi sui singoli nodi.

La rete Flatmesh™ può essere alimentata da un pannello solare da 20 W ed è dotata di batteria di backup interna, che garantisce un’autonomia fino a 15 giorni. I vari nodi wireless hanno invece una durata delle batterie fino 12-15 anni con intervalli di lettura di 30 min..

Geowan™

Laddove sia necessaria una soluzione per un monitoraggio geotecnico o strutturale che interessi una vasta area, o un lungo viadotto, è disponibile la piattaforma di comunicazione GeoWAN™.

Tecnoplus
3. Il monitoraggio di un ponte reticolare in acciaio con inclinometri triassiali sui correnti inferiori, pile e spalle del ponte (Italia – photo credit: Tecnoplus Sas)

GeoWAN™ utilizza una frequenza di banda inferiore rispetto a FlatMesh™. Si basa sul protocollo standard nel settore LoRaWAN, ed è in grado di far comunicare sensori con un gateway fino a una distanza di 15 km. Le opzioni per inviare i dati dal Gateway possono essere adattate all’infrastruttura disponibile.

L’opzione più semplice, in genere, è utilizzare il modem cellulare integrato (2G/3G/4G); in alternativa, il Gateway possiede una interfaccia Ethernet che può essere utilizzata per connessioni WiFi, ADSL o via cavo.

Il monitoraggio di ponti e viadotti

Il monitoraggio di ponti e viadotti con tecnologia wireless può fornire informazioni in modo pressoché continuo sul comportamento della struttura, in relazione a variabili ambientali e di contorno che possono eventualmente intaccare l’integrità della struttura stessa. Sono disponibili diversi nodi wireless Senceive implementabili in un sistema di monitoraggio.

Gli inclinometri triassiali (tiltmeters) possono essere installati sulle pile o sugli impalcati per monitorare rotazioni e spostamenti; i sensori tipo sono i Nano+ e i Triaxial Tilt Node. Essi garantiscono una risoluzione di 0,0001° e una ripetibilità di ±0,0005° (±0,009 mm/m).

Ponte ad arco
4. Ponte ad arco con inclinometro Nano+ (base pila e arco) e fessurimetri a corda vibrante (Italia)

Senceive dispone anche di inclinometri robusti (High-g Version) resistenti a forti vibrazioni/sollecitazioni, nel caso sia necessario controllare ponti ferroviari, monitorando il livello longitudinale, trasversale e lo sghembo dei binari che lo attraversano.

Quest’ultimi possono essere accoppiati a sensori di spostamento per misurare le variazioni di apertura/chiusura delle fessure e i movimenti relativi dei giunti e degli impalcati (nelle tre direzioni X-Y-Z).

Utilizzando ad esempio nodi wireless per sensori a corda vibrante o potenziometrici è possibile quindi collegare fessurimetri, estensimetri a filo e misuratori di giunto annegati nel calcestruzzo o esterni.

Per monitorare lo stress, e quindi le tensioni agenti nelle strutture portanti, si possono utilizzare strain gauges (annegati nel calcestruzzo o fissati sulla superficie). Senceive, in questo caso, dispone di nodi mV/V o corda vibrante per trasmettere le informazioni in wireless.

I distanziometri laser “Optical Displacement Sensor Node”, con inclinometro triassiale integrato, sono estremamente utili in situazioni ove sia necessario controllare la deformazione delle arcate di un ponte, oppure monitorare il movimento e l’inclinazione delle spalle o delle pile.

senceive
5. Il monitoraggio di un viadotto con distanziometri laser Senceive “Optical Displacement Sensor Node” con inclinometro triassiale integrato

Il vantaggio di un distanziometro laser è quello di fornire la misura di una distanza (anche di modesta entità), senza l’onere di fissare cavi e mire particolari. Il sensore è infatti in grado di misurare anche in presenza di traffico veicolare (o ferroviario) con distanze fino a 150 m e con una ripetibilità di ±0,15 mm.

Tutti questi sensori vengono gestiti da uno o più Gateway e una piattaforma web “WebMonitor”.

Tutti i sensori possono essere quindi configurati da remoto, potendo variare intervalli di lettura, generando nuovi calcoli derivati (spostamenti, valori di pressione e sforzo tensionale, sghembo, ecc.) e impostando allarmi su ciascuna informazione letta.

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