Teatro Comunale Flavio Vespasiano: monitoraggio strutturale mediante sensori in fibra ottica


Teatro Comunale Flavio Vespasiano (Rieti)

Architettonico

Installazione e tenuta in esercizio di un sistema di sensori in fibra ottica per il monitoraggio continuo strutturale in regime statico e dinamico.

Il teatro, realizzato a fine ottocento e subito oggetto di parziale ricostruzione a seguito di danni dal terremoto del 1898, presenta originali soluzioni strutturali, quali la chiusura a cerchio della travatura metallica della cupola e l'irrigidimento in sommità della snella parete di fondo mediante una travatura lignea.

La parete di fondo del teatro, snella, è legata alle ciascuna delle due pareti laterali con tre catene quasi completamente murate, disposte a tre differenti quote. Le catene a quota maggiore, quasi alla sommità delle pareti, risultano allineate alle quattro catene che legano alla parete di fondo la travatura lignea a rinforzo della stessa. La parete di fondo presenta quindi verso la sommità sei catene metalliche allineate e pressoché equi-spaziate. Tali catene, individuate come elementi strutturali significativi, sono state strumentate con sensori in fibra ottica di tipo FBG (Fiber Bragg Grating) che operano come estensimetri compensati in temperatura e con risposta in regime statico e dinamico.

La travatura metallica della cupola del teatro si chiude su un cerchi che definisce la base del lucernario al centro della cupola stessa. La struttura del lucernario costituisce quindi elemento strutturale che consente di monitorare lo stato tensionale delle travi, nonché elemento idoneo alla installazione di sistema di sensori per il monitoraggio delle oscillazioni della copertura del teatro. Il sistema di monitoraggio per il lucernario è attualmente in fase di realizzazione.

Una dorsale in fibra ottica raggiunge da locale tecnico nel seminterrato due cassette di derivazione, una posizionata sulla parete di fondo del teatro, l'altra posizionata nel lucernario. Dalle cassette di derivazione si dipartono i cavetti in fibra ottica che raggiungono i sensori, consentendo così il trasporto dei segnali al sistema di acquisizione, posizionato nel locale tecnico nel seminterrato e collegato alla dorsale in fibra ottica. Il sistema di acquisizione dati, attualmente collegato ai soli sensori installati sulle catene della parete di fondo, è controllato da remoto mediante collegamento su rete di telefonia cellulare; i dati acquisiti sono archiviati temporaneamente su memoria di massa del sistema di acquisizione e trasferiti con calendario programmato su sistema di archiviazione centralizzato remoto. Il sistema di acquisizione dati consente analisi on-line dei dati ed invio di segnali di allarme. I dati archiviati su sistema centralizzato remoto sono analizzati off-line adottando consolidate tecniche di Structural Health Monitoring e Damage Early Detection.

 



Vista del retro del teatro Favio Vespasiano. In primo piano la parete di fondo del teatro; sono visibili, subito sotto il frontone triangolare, le sei borchie che fungono da chiavi delle catene oggetto del monitoraggio strutturale.

I sistemi di sensori strutturali e metrologici basati su tecnologia in fibra ottica costituiscono uno strumento innovativo ma di grande affidabilità per il monitoraggio delle opere di ingegneria civile. Nel caso di Beni Culturali, tale tecnologia offre l'ulteriore vantaggio che il cablaggio dei sensori risulta estremamente versatile e di bassa invasività.

Per il Teatro Comunale Flavio Vespasiano di Rieti è stato sviluppato ed installato un sistema di sensori estensimetrici in compensazione termica per catene metalliche della parete di fondo del teatro. E' inoltre in fase di realizzazione un sistema di sensori strutturali e di misura delle oscillazioni per la struttura del lucernario presente alla sommità della cupola.

Il sistema già installato permette di misurare la deformazione delle catene, sia in regime statico che dinamico, con possibilità di discriminare fra le deformazioni dovute alla temperatura e le deformazioni dovute alle forze esercitate dalle pareti.

Il monitoraggio in regime statico è svolto in continuo, con sistema di acquisizione dati operante ad 1Hz ed operato in remoto con teletrasmissione dei dati.

Il monitoraggio in regime dinamico è svolto con interventi di operatori in campo a calendario programmato, con sistema di acquisizione dati operante a 500Hz operato in locale. La sollecitazione delle catene è effettuata dagli operatori, con sollecitazione impulsiva mediante colpo di martello.


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Michele Arturo Caponero

Rieti

XIX secolo

Comune di Rieti



Vario

Progetto COBRA

2017

Comune di Rieti

michele.caponero@enea.it


Il grafico mostra un esempio di risultato del monitoraggio in regime statico (1 misura/minuto) della deformazione delle sei catene strumentate nel corso dal 10 al 30 giugno 2017. Evidente la  correlazione delle deformazioni con la variazione di  temperatura giorno/notte, ma anche la diversa deformazione delle varie catene.


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