CH715774A1 - Apparecchio di misura di deformazioni. - Google Patents

Abstract

Apparecchio (1) per misurare lo stato di deformazione esistente in un corpo, quale ad esempio una struttura, terreno o manufatto, l'apparecchio comprendente un supporto centrale (2) e una pluralità di barre (3) di forma rettilinea allungata che si estendono radialmente in diverse direzioni rispetto a detto supporto centrale, ciascuna barra avente una prima estremità collegata al supporto centrale e una seconda estremità fissabile al corpo oggetto di misurazione, l'apparecchio comprendente inoltre una pluralità di sensori (312) associati alle barre e disposti per misurare le deformazioni delle barre medesime.

Description

Campo dell'invenzione

[0001] La presente invenzione riguarda un apparecchio per la misura di deformazioni in un corpo, applicabile per esempio al monitoraggio dello stato di sollecitazione di strutture e manufatti.

Arte nota

[0002] È nota l'esigenza di monitorare lo stato di sollecitazioni di strutture e manufatti particolarmente nel ramo delle opere civili e delle infrastrutture. Un'attenta sorveglianza dello stato di sollecitazione è importante per prevenire un crollo o un collasso e per pianificare correttamente gli interventi di manutenzione.

[0003] A titolo di esempio, si pensi a opere antiche, come ponti stradali, che sono tuttora in esercizio e sottoposti ai carichi sempre più gravosi del traffico moderno. Del resto anche molte opere moderne, come ponti, viadotti, etc. realizzati in acciaio o calcestruzzo armato, sono in esercizio oramai da decenni, sopportano un carico che spesso è maggiore di quello per il quale sono stati progettati, e richiedono un controllo attento e costante dello stato di sollecitazione. In taluni casi si ha l'esigenza di misurare anche deformazioni del terreno, per esempio per rilevare tempestivamente dei fenomeni di smottamento e prevenire frane. Nel caso specifico di nuove costruzioni può esserci la necessità di monitorare gli assestamenti sia di costruzione del manufatto stesso che dei terreni adiacenti.

[0004] L'arte nota mette a disposizione degli apparecchi di misura detti fessurimetri, che essenzialmente comprendono una barra rettilinea in acciaio applicabile a un manufatto e dotata di un sensore in grado di misurare l'allungamento o l'accorciamento imposto alla barra stessa in seguito a deformazione del manufatto stesso. Come noto, lo stato di sollecitazione in un corpo è correlato alle deformazioni del corpo stesso e pertanto la misura di allungamento della barra dà una idea dello stato di sforzo esistente nel corpo.

[0005] Questi apparecchi sono pensati essenzialmente per compiti di diagnostica e monitoraggio di strutture, per esempio un'applicazione frequente consiste nel piazzare un dispositivo di questo tipo in corrispondenza di una lesione (es. fessurazione di un muro) per controllare che non si allarghi con il passare del tempo, oppure questi sensori sono posti limitrofi a una superfice di monitoraggio. Uno svantaggio è dato dal fatto che possono misurare l'allungamento in una sola direzione. Pertanto un singolo apparecchio non è in grado di restituire una misura rappresentativa dello stato di deformazione, specialmente nel caso di una struttura con una forma complessa. Per ovviare a questo limite si possono prevedere diversi apparecchi, per esempio orientati in direzioni differenti, il che però complica l'installazione e aumenta i costi.

Sommario dell'invenzione

[0006] Scopo della presente invenzione è di mettere a disposizione un nuovo tipo di apparecchio di misura che superi i limiti dell'arte nota. In particolare uno scopo dell'invenzione è di fornire uno strumenti di misura adatto a rilevare in modo affidabile e realistico lo stato di deformazione globale e sollecitazione di strutture tridimensionali di forma complessa e/o irregolare, pur essendo di facile installazione, di facile utilizzo e di costo contenuto.

[0007] Lo scopo è raggiunto con un apparecchio secondo le rivendicazioni. L'apparecchio comprende un supporto centrale e una pluralità di barre di forma rettilinea allungata che si estendono radialmente in diverse direzioni rispetto a detto supporto centrale; ciascuna barra ha una prima terminazione collegata al supporto centrale e una seconda terminazione opposta alla prima estremità; l'apparecchio comprende una pluralità di sensori, in cui ciascuno di detti sensori è associato a una rispettiva barra e disposto per misurare una deformazione della barra medesima.

[0008] La seconda terminazione di ciascuna barra è fissabile a un punto distale di ancoraggio. Detto punto di ancoraggio può essere un punto del corpo oggetto di misurazione o un altro componente del sistema di misurazione. In particolare detto punto di ancoraggio può essere dato da un'estensione della barra medesima, oppure da un secondo supporto centrale dal quale si diramano altre barre. Un aspetto dell'invenzione è un sistema di misurazione che forma una „ragnatela“ sul corpo oggetto di misurazione. Il terminale di ogni barra del sistema così costruito dovrà essere ancorato al corpo oggetto di misurazione.

[0009] L'apparecchio secondo l'invenzione è applicabile a svariate strutture o manufatti. Nel seguito sono dati esempi di applicazione a titolo non limitativo: costruzioni civili (ponti, strade, viadotti, rivestimenti di gallerie, edifici o parti di essi, ecc.); manufatti antichi (per esempio cantine, ponti, basamenti); strutture o elementi di sostegno (per esempio utilizzate nella costruzione di gallerie); cupole o volte; dighe o altre opere di sbarramento; prefabbricati; strutture metalliche (per esempio tralicci, gru, ecc.) e via dicendo. Il corpo oggetto di misurazione può essere anche di formazione naturale, per esempio un terreno irregolare, una superficie rocciosa, o in generale qualsiasi superficie per la quale è desiderata una misura di deformazione. L'invenzione può essere usata inoltre per rilevare movimenti rispetto ad un punto fisso.

[0010] Il punto distale di ancoraggio può essere un punto di ancoraggio al corpo oggetto di misura oppure un punto di ancoraggio a un altro dispositivo di misura.

[0011] La natura del sensore utilizzato non è essenziale ai fini dell'invenzione. Sensori utilizzabili per mettere in pratica l'invenzione comprendono per esempio: sensori a corda vibrante, sensori piezoelettrici, sensori a fibra ottica. Un altro sensore interessante ai fini dell'invenzione è il sensore di tipo MFC (acronimo per macro fiber composite) che è un sensore piezoelettrico con una struttura composita, descritto per esempio nel brevetto US 6,629,341.

[0012] Preferibilmente detti sensori sono disposti per misurare una deformazione assiale della rispettiva barra, ma se appropriato si potranno utilizzare anche sensori in grado di captare una deformazione di flessione o di torsione.

[0013] Un singolo apparecchio secondo l'invenzione è sensibile a deformazioni lungo molteplici direzioni corrispondenti alle diverse barre. In altre parole, ciascuna barra definisce una direzione di misura. Di conseguenza l'apparecchio è in grado di restituire una misura realistica e attendibile dello stato di deformazione e di sollecitazione della struttura o manufatto su cui è applicato. Ciò rappresenta un primo importante vantaggio dell'invenzione.

[0014] In una realizzazione preferita, un sensore può essere associato a un elemento di riferimento, preferibilmente a forma di tubo o di asta, che è solidale alla rispettiva barra. Il sensore è così disposto per misurare una deformazione di detto elemento di riferimento. In una realizzazione preferita detto elemento di riferimento è una barra alloggiata all'interno di un tubo contenitore. Il tubo contenitore funge pure da guaina protettiva ad agenti esterni quali umidità, pioggia, calpestio delle persone.

[0015] Più vantaggiosamente detto elemento di riferimento è indebolito rispetto alla barra, per esempio avendo un'area di sezione ridotta che rappresenta una zona di minima resistenza della barra. Ciò può essere ottenuto per esempio fresando una barretta cilindrica. Il sensore può essere vantaggiosamente disposto per misurare la deformazione di detta zona di minima resistenza.

[0016] Un vantaggio di questo accorgimento è che l'elemento di riferimento è soggetto a deformazioni più grandi. Ciò comporta un effetto di amplificazione e aumenta la sensibilità dell'apparecchio. Ulteriore vantaggio è che un eventuale cedimento dell'elemento di riferimento può rappresentare una condizione di allarme che interviene prima della rottura della barra stessa. Inoltre la parte a minima resistenza può essere calibrata in modo da cedere prima della rottura del sensore, in modo da salvare il sensore che è un componente costoso.

[0017] Ancora più vantaggiosamente, un sensore può essere disposto in modo tale da misurare le deformazioni su un piano neutro di detto elemento di riferimento. Con il termine di piano neutro, come noto dalla scienza delle costruzioni, si intende il piano sul quale le tensioni normali sono pari a zero. Il vantaggio di collocare il sensore sul piano neutro è nel fatto di evitare che la misurazione risenta di tensioni interne composte (es. somma di trazione, flessione e torsione).

[0018] Una barra comprendente almeno un sensore può essere definita attiva. Un apparecchio secondo l'invenzione può comprendere una combinazione di barre attive e di barre passive prive di sensore. Le barre attive possono comprendere uno o più sensori e un apparecchio può comprendere una combinazione di barre a sensore singolo e barre multi-sensore. In alcune realizzazioni si può preferire di avere tutte le barre attive e presentanti la stessa disposizione dei sensori.

[0019] Una barra attiva può comprendere uno o più sensori in una o più posizioni lungo l'estensione longitudinale della barra stessa. Per esempio un sensore può essere posto in: una posizione prossimale al supporto centrale; una posizione intermedia lungo lo sviluppo longitudinale della barra; una posizione prossimale all'ancoraggio al corpo (ancoraggio distale rispetto al supporto centrale).

[0020] La previsione di più sensori in una barra attiva fornisce una ridondanza e rende la misurazione più attendibile in quanto, con un numero più alto di sensori lungo la barra, è più probabile avere un sensore in vicinanza della zona maggiormente sollecitata. Inoltre, nel caso di un sistema a „ragnatela“ cioè con più barre collegate fra loro, il malfunzionamento di un singolo sensore non pregiudica il continuo monitoraggio nel suo insieme; in seguito a malfunzionamento di un sensore è possibile semplicemente escludere la barra in avaria; dopo la sostituzione del sensore malfunzionante, detta barra può essere „riattivata“ nel sistema globale di monitoraggio. Le barre sono quindi in grado di funzionare in modo indipendente le une dalle altre.

[0021] Una realizzazione particolarmente preferita di barra attiva prevede due sensori: un primo sensore in posizione prossimale al supporto centrale e un secondo sensore in posizione prossimale all'ancoraggio alla struttura o manufatto. In una realizzazione di barra attiva a sensore singolo, il sensore è posizionato di preferenza a metà lunghezza della barra.

[0022] Ciascuna barra dell'apparecchio, sia essa attiva oppure passiva, può avere una struttura composita, cioè può essere formata da diversi elementi o tronconi. Gli elementi di una barra possono essere collegati in modo permanente o smontabile.

[0023] In una realizzazione preferita, la parte sensoristica in una barra attiva è localizzata in una sezione specifica, detta sezione di misura o sezione attiva della barra. L'accorgimento di localizzare la parte sensoristica in una sezione specifica della barra ha il vantaggio di facilitare costruzione delle barre. In particolare la parte elettronica e sensoristica può essere concentrata in un modulo standard e ciascuna barra può comprendere uno o più di detti moduli.

[0024] Detta sezione di misura comprende preferibilmente: un tubo che si estende lungo un asse longitudinale della barra e che contiene almeno un sensore; un primo connettore posto a un lato del tubo contenitore; un secondo connettore posto all'altro lato del tubo contenitore.

[0025] Uno di detti primo e secondo connettore può essere un connettore di terminazione della barra cioè servire al collegamento della barra al supporto centrale, ad un secondo supporto centrale, ad una prolunga della barra medesima oppure al punto di ancoraggio al corpo oggetto di misurazione.

[0026] Si deve notare che nella presente descrizione con il termine di tubo, o elemento tubolare, si intende un tubo preferibilmente di sezione circolare ma che può avere una sezione di forma differente, per esempio quadrata.

[0027] In una realizzazione in cui una sezione di misura è in posizione intermedia, una barra dell'apparecchio può comprendere: un primo elemento longitudinale, un secondo elemento longitudinale, una sezione di misura posizionata tra detti due elementi longitudinali. Il primo connettore della sezione di misura collega la sezione di misura al primo elemento di barra; il secondo connettore della sezione di misura collega la sezione di misura al secondo elemento di barra. Il primo e il secondo elemento di barra preferibilmente sono di forma tubolare.

[0028] In una realizzazione in cui una sezione di misura è in posizione prossimale al supporto o all'ancoraggio distale, invece, uno dei due connettori della sezione di misura si collega a un terminale rispettivamente di fissaggio della barra al supporto o di ancoraggio alla struttura o manufatto.

[0029] Ciascuna barra attiva comprende almeno un'interfaccia di collegamento di segnale atto a esportare un segnale corrispondente alla deformazione misurata dal sensore. Detta interfaccia collegamento può comprendere una porta per un connettore o un collegamento senza fili (wireless).

[0030] L'apparecchio può comprendere un'unità di controllo adatta a raccogliere, memorizzare e/o elaborare i segnali dei sensori. In alternativa i segnali dei sensori sono esportati dall'apparecchio e processati in remoto.

[0031] Un'altra caratteristica dell'invenzione prevede la possibilità di regolare l'estensione assiale di almeno alcune delle barre. In una realizzazione preferita, una barra a lunghezza regolabile presenta un tubo con un primo collegamento filettato a un primo elemento e un secondo collegamento filettato a un secondo elemento, da parti opposte del tubo, in cui i due collegamenti filettati hanno verso opposto destro e sinistro, così che una rotazione del tubo provoca un reciproco allontanamento o avvicinamento di detti primo elemento e secondo elemento. Il primo elemento e il secondo elemento possono essere rappresentati da un altro tubo, da una terminazione, da una sezione di misura dotata di sensore. Il descritto sistema a coppia di filettature destra e sinistra può essere applicato pertanto sia a barre attive sia a barre passive, quale sistema di regolazione di lunghezza e distanza tra ancoraggio al corpo e supporto centrale.

[0032] I termini di collegamento filettato destro e sinistro sono usati, nella presente descrizione, in accordo alla convenzione normalmente utilizzata nel settore. Si definisce una filettatura destra (o destrorsa) tra una vite e una madrevite (foro filettato) quando si ottiene l'avanzamento assiale della vite nel foro mediante una rotazione oraria; viceversa si definisce sinistra (o sinistrorsa) una filettatura in cui si ottiene l'avanzamento assiale della vite con una rotazione antioraria.

[0033] Vantaggiosamente ciascuna barra può essere interfacciata con una terminazione di ancoraggio dotata di un opportuno blocchetto di fissaggio. Il blocchetto può prevedere dei fori per tasselli al fine di facilitare l'ancoraggio a una superficie (per esempio a un manufatto in c.a.). Ancora più vantaggiosamente detto blocchetto è orientabile o snodabile rispetto alla terminazione dell'asta, così che il blocchetto può essere orientato nel modo più adatto per l'ancoraggio alla superficie.

[0034] In accordo a una caratteristica preferita, l'inclinazione delle barre rispetto al supporto centrale dell'apparecchio e/o rispetto agli ancoraggi al corpo oggetto di misura è regolabile su almeno un asse, preferibilmente due assi. In una realizzazione preferita, una terminazione di barra orientabile su due assi comprende un primo elemento pivotante attorno a un primo asse, e un secondo elemento che è pivotante rispetto al primo elemento attorno a un secondo asse. Uno di detti elementi è fissato alla barra e l'altro è fissato al supporto centrale o un elemento di ancoraggio al corpo. Un modo preferito di realizzare un tale ancoraggio orientabile su due assi è descritto nella domanda di brevetto svizzero n. 01170/18 della stessa richiedente.

[0035] L'apparecchio dotato di barre orientabili può assumere varie configurazioni spaziali: per esempio una configurazione essenzialmente a stella in cui le barre giacciono su uno stesso piano oppure una configurazione a piramide (retta oppure obliqua) in cui le barre giacciono su piani diversi e il supporto centrale si trova al vertice della piramide.

[0036] Le barre estensibili in lunghezza e/o orientabili rispetto al supporto danno all'apparecchio la capacità di conformarsi a una superficie multiforme e tridimensionale di forma complessa o irregolare. In particolare le barre così regolabili consentono grande flessibilità nel posizionare i punti di ancoraggio delle barre (e di conseguenza i nodi di misura) tenendo conto della geometria della struttura o manufatto e della condizione di carico attesa. Per esempio le barre possono essere disposte in modo da concentrarsi nella zona dove è atteso un carico maggiore. Ulteriore vantaggio è che l'apparecchio può essere realizzato e premontato in un formato standard e adattato di volta in volta al corpo oggetto di misurazione, durante la messa in opera. Il descritto sistema di estensione tramite rotazione di un tubo con ingaggio su filetti di senso opposto ha il vantaggio di consentire una regolazione di lunghezza di una barra, entro certi limiti, sull'apparecchio già montato, semplicemente ruotando un tubo facente parte della barra stessa.

[0037] E' oggetto dell'invenzione anche un metodo per rilevare deformazioni o sollecitazioni secondo le rivendicazioni annesse.

[0038] In un modo di applicazione dell'invenzione, le estremità distali delle barre sono ancorate direttamente al corpo oggetto di misura. Questo modo di applicazione è adatto per esempio quando si utilizza un singolo dispositivo per monitorare un punto o una zona di un manufatto. In un altro modo di applicazione dell'invenzione, si possono utilizzare più dispositivi interconnessi. In tal caso, almeno una barra di un primo dispositivo ha l'estremità distale ancorata a un secondo dispositivo, per esempio al suo supporto centrale.

[0039] In particolare, coppie di apparecchi adiacenti possono essere collegati tra loro da una barra avente un'estremità collegata al supporto centrale di un apparecchio e l'opposta estremità collegata al supporto centrale dell'altro apparecchio. L'assieme di tanti apparecchi può formare una rete o ragnatela attorno al corpo oggetto di misura.

[0040] Le caratteristiche e i vantaggi dell'invenzione saranno ancora più chiari con l'aiuto della descrizione seguente che si riferisce a un modo preferito di realizzazione.

Descrizione delle figure

[0041] <tb><SEP>La Fig. 1 mostra un apparecchio di misura in un modo di realizzare l'invenzione. <tb><SEP>La Fig. 2 mostra un particolare dell'apparecchio di Fig. 1. <tb><SEP>La Fig. 3 mostra un altro particolare dell'apparecchio di Fig. 1. <tb><SEP>La Fig. 4 mostra un dettaglio di una sezione di barra attiva, dotata di sensore, utilizzabile in un apparecchio secondo l'invenzione. <tb><SEP>La Fig. 5 mostra un ulteriore dettaglio della sezione attiva di Fig. 4. <tb><SEP>La Fig. 6 mostra una variante di realizzazione di barra attiva dotata di sensore, in cui il sensore è in posizione intermedia. <tb><SEP>La Fig. 7 mostra una esecuzione preferita di barra a lunghezza variabile. <tb><SEP>La Fig. 8 mostra una terminazione di una barra a lunghezza variabile, in differenti posizioni. <tb><SEP>La Fig. 9 illustra un modo di mettere in opera l'apparecchio di Fig. 1. <tb><SEP>La Fig. 10 illustra un altro modo di mettere in opera l'apparecchio di Fig. 1. <tb><SEP>La Fig. 11 illustra un altro modo di mettere in opera l'invenzione con due apparecchi interconnessi.

Descrizione

[0042] In Fig. 1 l'apparecchio è indicato generalmente con il riferimento 1 e comprende un supporto centrale 2 e una pluralità di barre (o aste) 3 che si irradiano da detto supporto centrale 2.

[0043] Ciascuna barra 3 ha una prima terminazione 303 (terminazione prossimale) ancorata al supporto centrale 2 e una seconda terminazione 304 (terminazione distale) che fissabile a una struttura o manufatto oggetto di misurazione, come sarà esemplificato nel seguito.

[0044] Come mostrato nella Fig. 11 la seconda terminazione 304 può essere pure collegata and un secondo supporto centrale 2 formando così un sistema „ragnatela“. Il terminale di ogni barra del sistema „ragnatela“ 304 così costruito dovrà essere ancorato al corpo oggetto di misurazione.

[0045] Una barra 3 nello specifico comprende un tubo principale 300 che preferibilmente forma la maggior parte della lunghezza della barra 3, e due sezioni attive 301, 302 dotate di almeno un sensore in grado di rilevare una deformazione della barra 3 medesima, per esempio una deformazione assiale. Le sezioni attive 301 e 302 sono ubicate rispettivamente in prossimità del supporto centrale 2 e in prossimità dell'ancoraggio distale. Nel suo complesso la barra 3 può definirsi barra attiva essendo dotata di almeno un sensore. Nella fattispecie di Fig. 1 la barra 3 integra due sensori nelle sezioni attive 301 e 302.

[0046] La Fig. 2 mostra un'esecuzione preferita dell'ancoraggio al supporto centrale 2. Il supporto centrale 2 comprende una piastra 200 e, per ogni barra 3, un supporto 201 pivotante rispetto alla piastra 200 attorno a un primo asse, per esempio un asse perpendicolare al piano della piastra 200. Il supporto 201 presenta una flangia 202 per l'ancoraggio della barra 3; la terminazione 303 è collegata a detta flangia 202 in modo pivotante rispetto a un secondo asse (diverso dal primo asse giù menzionato), per esempio un asse parallelo al piano della piastra 200. Si noti che la sezione di barra attiva 301 si innesta nella terminazione 303.

[0047] Una tale realizzazione dell'ancoraggio fornisce due gradi di libertà (rotazione attorno a due assi) e sostanzialmente consente di orientare la barra 3, rispetto al supporto 2, con un effetto analogo a quello ottenibile con un giunto sferico ma con il vantaggio di una costruzione più semplice.

[0048] Eventualmente anche il supporto 2 può essere fissato al corpo oggetto di misura, utilizzando a questo scopo un tassello passante nel foro centrale 210.

[0049] In Fig. 3 è invece mostrata una esecuzione dell'ancoraggio distale. Qui, la sezione di barra attiva 302 ha una terminazione 304 ancorata a un blocchetto 305. Quest'ultimo può essere fissato stabilmente, per esempio, a un manufatto al quale è destinata la misura, per esempio il blocchetto 305 sarà fissato a un manufatto in calcestruzzo armato con dei tasselli inseriti in fori 306 o 307. Nell'esempio anche l'ancoraggio distale è orientabile su due assi poiché la terminazione 304 è pivotante rispetto a una flangia 308 e detta flangia 308 è anch'essa pivotante, su un diverso asse, rispetto al blocchetto 305. Questa realizzazione è preferita anche perché consente di posizionare e orientare il blocchetto 305 in accordo alla superficie di ancoraggio, che può essere un muro, una spalla di un manufatto, ecc.

[0050] L'ancoraggio a due gradi di libertà di Fig. 2 e Fig. 3 è sostanzialmente equivalente a quanto descritto nella già citata domanda di brevetto svizzero 01170/18 che potrà essere consultata per maggiori dettagli. Naturalmente la presente invenzione potrà essere realizzata anche con un ancoraggio diverso o semplificato, eventualmente con barre non orientabili oppure orientabili su un solo asse, sebbene la versione orientabile su due assi sia largamente preferita.

[0051] Si deve notare che gli ancoraggi prossimale (Fig. 2) e distale (Fig. 3) di ciascuna barra 3, pur essendo orientabili su due assi nella versione preferita che è stata descritta, sono sostanzialmente rigidi nella direzione assialelongitudinale della barra 3.

[0052] Per effetto dei vincoli sin qui descritti, ciascuna barra 3 definisce in sostanza due punti o nodi di misurazione, corrispondenti rispettivamente all'ancoraggio prossimale al supporto 2 e all'ancoraggio distale tramite il blocchetto 305. Per effetto della rigidità di vincolo assiale, un eventuale spostamento (per esempio allontanamento) relativo tra due nodi dovuto a una deformazione del manufatto sarà rilevato da almeno una delle barre attive.

[0053] Una realizzazione preferita per la sezione di barra attiva 301 è ora spiegata con riferimento alla Fig. 4. S'intende che la stessa realizzazione sarà applicabile alla sezione attiva 302.

[0054] La sezione attiva 301 ha un tubo esterno di contenimento 310 (mostrato in trasparenza) al cui interno si trova una barra di riferimento 311. Detta barra di riferimento 311 (o barra interna) come si nota in figura ha una zona centrale 311a, dove è applicato il sensore 312, di area di sezione relativamente piccola e pertanto rappresenta una porzione di minima resistenza della barra 3. Detta zona 311a è ottenibile per esempio per fresatura partendo da una barretta cilindrica.

[0055] Un sensore 312, per esempio un estensimetro, è applicato alla barra interna 311, vantaggiosamente nella menzionata zona 311a di minima resistenza. In questo modo il sensore 312 è in grado di rilevare una eventuale deformazione assiale (per esempio allungamento in trazione) della barra interna 311.

[0056] Detta barra interna 311 è solidale a due connettori 313 e 314. Di conseguenza una forza di trazione agente sulla barra 3 si trasmette alla barra interna 311. Detta forza di trazione per esempio è originata da una deformazione del corpo sul quale è applicato il dispositivo 1.

[0057] Più in particolare la barra interna 311 presenta due terminazioni cilindriche 315 e 316 rappresentate ad esempio dalle porzioni non fresate di barretta cilindrica. I connettori 313 e 314 presentano perni 317 e 318 dotati di un foro centrale atto a ricevere le terminazioni 315 e 316 e inoltre dotati di una filettatura esterna (non mostrata in figura) che si accoppia a una filettatura interna del tubo 310.

[0058] Le terminazioni 315 e 316 sono bloccate nei fori di accoglimento dei perni 317 e 318 con grani 319, 320, preferibilmente usando due grani laterali per ciascun perno.

[0059] Si noti che in questo esempio il connettore 313 forma la terminazione 303 di attacco al supporto centrale 2. Infatti, la sezione attiva 301 qui è ubicata in zona prossimale al supporto 2. Il connettore 314 invece raccorda la sezione attiva 301 al tubo principale 300. Il collegamento tra detto connettore 314 e il tubo 300 può essere un collegamento filettato o eventualmente anche una saldatura. Si potranno prevedere collegamenti con filetti destro e sinistro tra il tubo 300 e i connettori delle due sezioni attive 301, 302 per realizzare un sistema di regolazione di lunghezza della barra, come precedentemente indicato.

[0060] E chiaro per il tecnico del ramo che la sezione attiva 301 potrebbe essere in altra posizione, per esempio in una posizione intermedia, nel qual caso i connettori 313 e 314 potrebbero collegare la sezione 301 a due tratti di tubo, oppure potrebbe essere in prossimità dell'ancoraggio distale al corpo, e in quest'ultimo caso il connettore 314 potrebbe formare la terminazione 304.

[0061] Il tubo 310 può avere un'apertura 321 utile per accedere al sensore 312 interno senza dover smontare il tutto.

[0062] Si noterà anche che in Fig. 4 è mostrata una variante con ancoraggio della barra 3 a un solo grado di libertà, consentito dall'asola 211 a forma di arco che rende possibile una certa rotazione del connettore 313, il quale è assicurato alla piastra 200 per mezzo di due perni 322, 323, il perno 323 potendo scorrere guidato nell'asola 211.

[0063] Un dado di bloccaggio 327 che consente di bloccare il connettore 314 rispetto al tubo 300.

[0064] Alcuni dei particolari che sono stati descritti sono ancora meglio visibili in Fig. 5. In detta figura si può vedere anche un cavo di interfaccia 324 del sensore 312, che fuoriesce dal connettore 313 attraverso un foro 325. Inoltre si nota che il sensore 312 è vantaggiosamente applicato su di una superficie piana 326 della barra interna 311. In alcune realizzazioni detta superficie piana 326 appartiene a un piano neutro della barra interna 311.

[0065] Il montaggio della sezione attiva 301 può avvenire per esempio con questa procedura: <tb>a)<SEP>Innestare la terminazione 315 della barra interna 311, con il sensore montato, nel foro apposito del perno 317. Preferibilmente foro ed albero hanno un accoppiamento preciso. <tb>b)<SEP>Bloccare l'albero (terminazione 315) con i due grani laterali 319. <tb>c)<SEP>Fare uscire il cavo di interfaccia 324 del sensore nei fori predisposti, per esempio il foro 325. <tb>d)<SEP>Avvitare il tubo esterno 310 sul filetto esterno del perno 317. <tb>e)<SEP>Avvitare pure il secondo perno 318 sul tubo esterno 310 fino a battuta del filetto. Il supporto 316 in questa fase viene accolto nel foro del secondo perno. <tb>f)<SEP>Quando i due perni sono bene avvitati sul tubo esterno 310, bloccare con i due grani laterali come fatto in precedenza. <tb>g)<SEP>Inserire il dado 327 e avvitare il tubo 300 al connettore 314. Se è previsto un sistema di regolazione di lunghezza della barra 3, tramite la connessione tra tubo 300 e connettore 314, in questa fase può essere montato anche un opportuno arresto di fine corsa.

[0066] La Fig. 6 mostra una variante di barra attiva 3 con sezione attiva 301 posizionata al centro della barra. In questo caso la barra comprende due tubi 300a e 300b posizionati ai lati della sezione attiva 301, e terminazioni 330, 331. La sezione attiva 301 può essere realizzata in sostanziale analogia con l'esecuzione di Fig. 4.

[0067] Un altro aspetto dell'invenzione riguarda un sistema di regolazione di lunghezza delle barre. La Fig. 7 mostra una esecuzione preferita in cui una barra 3, che può essere attiva o passiva (cioè dotata di sensore oppure priva di sensore) comprende: un tubo principale 340, un primo connettore con filetto destro 341, un secondo connettore con filetto sinistro 342, dadi di arresto 343. I filetti destro e sinistro dei connettori 341, 342 si accoppiano a corrispondenti filetti interni delle sezioni terminali del tubo 340.

[0068] A questo punto è evidente per un tecnico del ramo che, per effetto del verso opposto dei filetti, una volta che i connettori sono avvitati al tubo 340, è sufficiente ruotare il tubo impedendo la rotazione dei connettori per provocare il contestuale impegno (avvitamento) o disimpegno (svitamento) dei collegamenti filettati dei due connettori. Di conseguenza i connettori traslano verso il centro della barra (avvitamento) o in senso opposto allontanandosi dal centro della barra (svitamento) con il risultato di variare a lunghezza complessiva della barra.

[0069] Si deve notare che questo sistema è vantaggioso in quanto consente di assemblare preventivamente la barra. Una volta raggiunta la posizione desiderata, il sistema può essere bloccato serrando i dadi 343 contro i connettori.

[0070] Il sistema è illustrato in Fig. 7, per semplicità, con riferimento a una barra 3 passiva ma è applicabile anche a una barra attiva.

[0071] La Fig. 8 fornisce ulteriori dettagli relativi a un esempio di esecuzione, che per esemplificare è illustrato con riferimento all'accoppiamento con il connettore 342.

[0072] Il connettore 342 ha un perno 344 con una filettatura esterna 345 che impegna una filettatura interna 346 del tubo 340. Anche il dado 343 è avvitato su detta filettatura 345. Inoltre il connettore 342 ha una terminazione 347 con un arresto 348 e il tubo ha un fermo di fine corsa 349. Alla base della terminazione 347 vi è uno spallamento 350.

[0073] In Fig. 8 sono rappresentate le condizioni A) di posizione avanzata, B) di posizione intermedia e C) di posizione arretrata. Si noti che la corsa è delimitata dal fermo 349 in battuta contro l'arresto 348 (posizione A) o lo spallamento 350 (posizione C).

[0074] Si noti che la Fig. 8 può essere considerata come una esecuzione alternativa di una terminazione di barra, per esempio la terminazione 303 come indicato.

[0075] La Fig. 8 mostra solo una estremità della barra. All'estremità opposta la barra presenta un altro connettore, per esempio il connettore 341, che ingaggia il tubo 340 con un collegamento filettato di verso opposto rispetto al collegamento dato dalle filettature 345 e 346.

[0076] Una realizzazione analoga (con filetti destro e sinistro) è applicabile anche all'interfaccia tra un tubo e una sezione attiva, come la sezione 301 precedentemente descritta. Per esempio il tubo 300 potrà collegarsi con filetti di verso opposto (destro/sinistro) alle sezioni attive 301 e 302 della barra.

[0077] Questo concetto di regolazione consente pure di eliminare eventuali giochi dovuti alle tolleranze tra foro e tassello di ancoraggio al corpo oggetto di misurazione. È preferibile, prima di serrare definitivamente il tassello al corpo oggetto di misurazione, e quindi l'intero sistema, di „mettere in tensione“ tutte le barre eliminando così i giochi d'assiemaggio. Questa azione avrà come conseguenza di avere il sensore pronto alla misura senza errori di accoppiamento.

[0078] Le diciture di Fig. 8 indicano: zona di blocco, zona di lavoro, zona „immersa“ del perno 344 rispetto al tubo 340. Inoltre è indicata la corsa di lavoro del perno 342.

[0079] Passando ora alla Fig. 9, si può vedere un esempio di applicazione del dispositivo 1 della presente invenzione, applicato al di sotto di un troncone di strada o di un ponte 400. Qui il riferimento 401 indica il manto stradale. Il dispositivo 1 in questo esempio consente di monitorare le sollecitazioni agenti sul troncone di strada 400 ai fini della sicurezza.

[0080] In Fig. 10 si vede un esempio di applicazione del dispositivo 1 a un terreno irregolare. In questo caso il dispositivo 1 può servire a monitorare eventuali cedimenti del terreno.

[0081] In Fig. 11 si vede un esempio di due apparecchi interconnessi. La figura mostra un primo apparecchio 1A e un secondo apparecchio 1B conformi all'invenzione. Una barra 3AB collega il supporto centrale 2A dell'apparecchio 1A con il supporto centrale 2B dell'apparecchio 2B.

[0082] Il tecnico del ramo a questo punto comprende che, seguendo tale principio, si può creare una fitta rete di barre interconnesse, appartenente a diversi apparecchi, sopra una regione di un corpo. Per esempio detta rete può formare una struttura reticolare. Le barre direttamente ancorate al corpo formano i punti di fissaggio di detta rete o struttura al corpo medesimo; le sezioni attive consentiranno di rilevare la deformazione di detta struttura indotta da una deformazione del corpo.

[0083] La seguente è una legenda dei particolari illustrati nelle figure. 1 apparecchio o dispositivo di misura 2 supporto centrale 3 barre dell'apparecchio 200 piastra del supporto centrale 2 201 supporto pivottante 202 flangia ancoraggio barra 210 foro centrale della piastra 200 211 asola della piastra 200 300 tubo principale barra 3 300a, 300b tubi di una barra ai lati di una sezione attiva 301, 302 sezioni attive di barra (dotate di sensore) 303, 304 terminazioni di una barra 3 305 blocchetto di ancoraggio barra 3 al corpo oggetto di misura 306, 307 fori del blocchetto 305, per ancoraggio per esempio tramite tasselli 308 flangia ancoraggio al blocchetto 305 310 tubo contenente il sensore 311 barra di riferimento sulla quale è applicato il sensore 311a parte fresata della barra 311 312 sensore 313, 314 connettori ai lati del tubo 310 315, 316 terminazioni (parti non fresate) della barra 311 317, 318 perni dei connettori 313 e 314 319, 320 grani di bloccaggio 321 apertura del tubo 310 322, 323 perni di fissaggio tra connettore 313 e piastra 200 324 cavo interfaccia sensore 325 foro di uscita cavo 326 superficie piana di applicazione del sensore 312 327 dado di bloccaggio 330,331 terminazioni 340 tubo 341, 342 connettori collegati al tubo 340 343 dadi di bloccaggio 344 perno del connettore 342 345 filettatura esterna del perno 344 346 filettatura interna tubo 340 347 terminazione del connettore 342 348 arresto della terminazione 347 349 fermo di fine corsa 350 spallamento sul perno 342 400 troncone stradale (esempio di applicazione) 401 superficie stradale del troncone 400 1A, 1B apparecchi utilizzati in configurazione interconnessa 2A, 2B supporti degli apparecchi 1A, 1B 3AB barra di interconnessione tra gli apparecchi 1A e 1B.

Claims (20)

1. Apparecchio (1) per misurare lo stato di deformazione esistente in un corpo, quale ad esempio una struttura, terreno o manufatto, l'apparecchio comprendente un supporto centrale (2) e una pluralità di barre o aste (3) di forma rettilinea allungata che si estendono radialmente in diverse direzioni rispetto a detto supporto centrale, ciascuna barra avente una prima terminazione (303) collegata al supporto centrale e una seconda terminazione (304) opposta alla prima terminazione e fissabile ad un punto distale di ancoraggio, l'apparecchio comprendente inoltre una pluralità di sensori (312), in cui ciascuno di detti sensori è associato a una rispettiva barra (3) e disposto per misurare una deformazione della barra medesima.

2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui almeno un sensore (312) è associato a un elemento di riferimento (311), preferibilmente a forma di tubo o di asta, che è solidale alla rispettiva barra (3), in cui il sensore è disposto per misurare una deformazione di detto elemento di riferimento.

3. Apparecchio secondo la rivendicazione 2, in cui detto elemento di riferimento (311) presenta una zona di minima resistenza (311a) e il sensore (312) è disposto per rilevare una deformazione di detta zona di minima resistenza.

4. Apparecchio secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui il sensore (312) è disposto per misurare detta deformazione su un piano neutro di detto elemento di riferimento.

5. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le barre dotate di sensore comprendono ciascuna uno o più sensori in una o più posizioni a scelta tra: una posizione prossimale al supporto centrale; una posizione intermedia lungo lo sviluppo longitudinale della barra; una posizione prossimale alla terminazione di ancoraggio.

6. Apparecchio secondo la rivendicazione 5 in cui almeno una barra comprende un primo sensore in posizione prossimale al supporto centrale e un secondo sensore in posizione prossimale all'ancoraggio alla struttura o manufatto.

7. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuno di detti sensori è alloggiato in una sezione di misura (301, 302) di una barra, ed in cui la sezione di misura comprende: un tubo (310) contenente il sensore (312) che si estende lungo un asse longitudinale della barra, un primo connettore di estremità (313) posto a un'estremità di detto tubo contenitore, un secondo connettore di estremità (314) posto all'altra estremità di detto tubo contenitore.

8. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno alcuni di detti sensori sono disposti per misurare una deformazione assiale della rispettiva barra.

9. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna barra dotata di sensore comprende almeno un collegamento di segnale atto a esportare un segnale fornito da detto sensore.

10. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i sensori appartengono a una o più tra le seguenti tipologie: sensore a corda vibrante, sensore piezoelettrico, sensore a fibra ottica, sensore MFC (macro fiber composite).

11. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui tutte le barre presentano la stessa disposizione dei sensori.

12. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui le barre hanno una struttura composita comprendente una pluralità di sezioni o tratti longitudinali assemblati tra loro.

13. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui almeno alcune delle barre hanno lunghezza regolabile tra il supporto e il punto di ancoraggio distale.

14. Apparecchio secondo la rivendicazione 13 in cui le barre a lunghezza regolabile presentano un tubo (340) con un primo collegamento filettato a un primo elemento (341) e un secondo collegamento filettato a un secondo elemento (342), il primo elemento e il secondo elemento essendo da parti opposte di detto tubo (340), in cui i due collegamenti filettati hanno verso di avvitamento opposto, rispettivamente destro e sinistro, così che una rotazione del tubo (340) provoca un impegno o disimpegno di entrambi i collegamenti filettati e un reciproco avvicinamento o allontanamento di detti due elementi (341, 342) rispetto al tubo stesso.

15. Apparecchio secondo la rivendicazione 14, in cui almeno uno di detti due elementi (341, 342) da parti opposte del tubo comprende un sensore di deformazione della barra rappresentando di conseguenza un elemento attivo della barra.

16. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti in cui l'inclinazione delle barre (3) rispetto al supporto centrale (2) e/o rispetto a un elemento di ancoraggio distale (305) è orientabile su almeno un asse, preferibilmente su due assi.

17. Apparecchio secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il supporto centrale (2) è fissabile anch'esso al corpo oggetto di misurazione.

18. Metodo per rilevare e monitorare deformazioni e/o sollecitazioni in un corpo tramite almeno un apparecchio (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente: ancorare almeno alcune delle estremità distali delle barre (3) di detto apparecchio ad altrettanti punti selezionati del corpo; rilevare e monitorare lo stato di deformazione e/o di sollecitazione del corpo tramite la misurazione delle deformazioni delle barre (3) dell'apparecchio.

19. Metodo secondo la rivendicazione 18, comprendente l'utilizzo di due o più apparecchi di misura, in cui almeno una barra (3AB) di un primo apparecchio di misura (1A) ha l'estremità distale collegata a un secondo apparecchio di misura (1B).

20. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui coppie di apparecchi sono collegati tra loro da una barra avente un'estremità collegata al supporto centrale di un apparecchio e la opposta estremità collegata al supporto centrale dell'altro apparecchio.