IT202000019600A1 - Sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura - Google Patents

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IT202000019600A1
IT202000019600A1 IT102020000019600A IT202000019600A IT202000019600A1 IT 202000019600 A1 IT202000019600 A1 IT 202000019600A1 IT 102020000019600 A IT102020000019600 A IT 102020000019600A IT 202000019600 A IT202000019600 A IT 202000019600A IT 202000019600 A1 IT202000019600 A1 IT 202000019600A1
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IT
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sensor
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detection devices
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IT102020000019600A
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Giammichele Morgante
Nicola Dibattista
Alessandro Anastasia
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Bricksensitive Srl
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    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/38Concrete; Lime; Mortar; Gypsum; Bricks; Ceramics; Glass
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?Sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura?
La presente invenzione ? relativa a un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura.
In particolare, la presente invenzione ? relativa a un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura, ad esempio edifici, opere civili e reti infrastrutturali in genere quali ponti e gallerie, e mirato, in aggiunta, alla determinazione delle cause di deterioramento e di guida per gli interventi di consolidamento di beni architettonici, facente uso di sensoristica evoluta e hardware di trasmissione, elaborazione e analisi di dati rilevati.
Il settore tecnico di riferimento ? quello dei sistemi attivi di monitoraggio che mirano a evidenziare lo stato di conservazione di manufatti caratterizzati dal largo impiego di calcestruzzo, nel caso dei moderni edifici, ed eventuali carenze fisiche con conseguente notifica, in tempo reale e/o a posteriori, sulla base dell?analisi dello storico delle variabili monitorate, di potenziali criticit? e rischi.
Il monitoraggio strutturale ha assunto negli ultimi anni una grande rilevanza, in particolare in territori caratterizzati da intensa attivit? sismica o dissesto idrogeologico, che unitamente alla vetust? delle strutture e all?impiego di materiali di qualit? non eccelsa rappresentano fattori di criticit?. In virt? delle nuove disposizioni normative, l?impiego di sistemi di monitoraggio nell?edilizia rende possibile tenere sotto controllo lo stato delle strutture e valutare o pianificare interventi di messa in sicurezza, valutandone parallelamente l?efficacia nel tempo.
Le attivit? di monitoraggio, generalmente, sottintendono operazioni di controllo e di sorveglianza di un fenomeno attraverso la misura di parametri fisicomeccanici, i quali descrivono l?interazione tra l?ambiente e le variabili di stato dell?oggetto di studio.
Le tecniche e le metodiche di monitoraggio strutturale si esplicitano, in questo senso, nella rilevazione di parametri inerenti a variabili di campo, implementata dalla sensoristica succitata, e nella trasmissione dei dati campionati, tipicamente per mezzo di standard di comunicazione cablati o wireless, a unit? di elaborazione e, infine, a una centrale di monitoraggio, unitaria o distribuita, al fine di analizzare i dati mediante applicativi dedicati.
Tra i sistemi per il monitoraggio strutturale, le reti di dispositivi wireless (WSN, Wireless Sensor Networks) rappresentano un?architettura hardware ottimizzata e a basso consumo energetico, al fine di raccogliere e immagazzinare dati rilevanti ai fini della determinazione delle performance di calcestruzzi e cementi durante il loro ciclo di vita, dalla preparazione della mescola fino alla messa in opera in cantiere.
Tuttavia, l?impiego di sistemi di comunicazione wireless per l?acquisizione dati comporta una serie di svantaggi, dovuti alla presenza di elementi metallici o assemblati di questi, ad esempio barre in ferro zigrinate, comunemente dette tondini, oppure barre trasversali, comunemente dette staffe, che possono provocare interferenze elettromagnetiche e inficiare la qualit? del segnale trasmesso. Ancora, utilizzando standard di comunicazione senza fili, con l?impiego concomitante di batterie miniaturizzate dedicate si hanno come conseguenza basse potenze ottenibili e una relativa limitazione della portata del segnale, con la necessit? di un meccanismo di ricarica che ne riduce la vita operativa. Infine, l?accoppiamento necessario tra sorgente e ricevitore costringe a una raccolta dati, vincolata alla prossimit? tra i due elementi, con la conseguenza che la trasmissione del segnale non ? garantita su lunghe distanze.
I vantaggi della comunicazione cablata, di converso, si traducono, tra gli altri, in un migliore controllo e trasmissione del segnale, nel non dover prevedere batterie o altri sistemi di alimentazione integrati, nella possibilit? di coprire lunghe distanze, nella possibilit? di gestire un numero elevato di sensori simultaneamente, nell?uso di tecnologia nota e affidabile e nella possibilit? di verifiche rapide in caso di malfunzionamenti.
Sono attualmente noti vari sistemi per il monitoraggio strutturale di una struttura.
Un primo esempio di soluzione tecnica nota ? rappresentato dalla domanda di brevetto US6950767 che cita un sistema a basso costo in grado di monitorare la qualit? della struttura di un edificio, e descrive anche un metodo di monitoraggio e un dispositivo comprendente integrati a semiconduttore. Un chip di monitoraggio dotato di un sensore, di un microprocessore, di una memoria, di un'interfaccia radio e di un controller di alimentazione viene annegato nel cemento durante la preparazione del medesimo. Il chip di monitoraggio controlla in modo intermittente le informazioni sull'adeguatezza o meno della temperatura quando il calcestruzzo ? indurito, se la quantit? di umidit? e ioni cloruro nella pasta di calcestruzzo sono adeguate o meno o se uno stato di stress all'interno del calcestruzzo ? in atto. Un sensore di temperatura e un sensore di pressione sono inclusi nel chip di monitoraggio che sfrutta una memoria integrata per archiviare valori anomali.
Ancora, il testo della domanda europea di brevetto EP3236258A2 ha come oggetto dispositivi embedded con sensori wireless autonomi, che vengono impiegati con il calcestruzzo umido, e con i dati delle misurazioni che possono essere utilizzati insieme a dati specifici di un lotto per fornire test iniziali rapidi e dati sulle prestazioni riguardanti la polimerizzazione del calcestruzzo, o la corrosione durante il suo ciclo di vita. Un metodo descritto nel testo brevettuale cita le fasi di memorizzare dati relativi alle propriet? di un primo materiale all'interno del quale ? collocato un sensore, spedire il sensore in associazione con un secondo materiale da utilizzare per formare una miscela del primo materiale, dispiegare il sensore con la miscela del primo materiale, eseguire almeno una misurazione sulla miscela del primo materiale con il sensore, e determinare sulla base di tale misura una caratteristica del primo materiale.
Un ulteriore esempio di soluzione tecnica nota ? costituito dal brevetto concesso nel 2014, pubblicato come ITMI20120912A1, che descrive un package per dispositivi elettronici, inseribile in una struttura solida per rilevare e monitorare uno o pi? parametri locali. Il package ? costituito da un materiale da costruzione formato da particelle di dimensioni micrometriche o sub-micrometriche. Il dispositivo elettronico per rilevare e monitorare uno o pi? parametri locali all'interno di una struttura solida comprende un modulo di rilevamento integrato con almeno un sensore integrato, e un package disposto in modo da rivestire almeno una porzione del dispositivo, comprendente il modulo di rilevamento integrato. Sono anche descritti un metodo per fabbricare il dispositivo elettronico e un sistema per monitorare i parametri in una struttura solida comprendente un tale dispositivo.
La domanda di brevetto US2008067228A1, invece, ha come oggetto un sistema di controllo della qualit? di opere di costruzione in cui ? possibile verificare i passi di fabbricazione del calcestruzzo. Il sistema comprende tag IC wireless riscrivibili dotati di antenna miscelati nel processo di fabbricazione del cemento armato.
Infine, il documento brevettuale US2017227481 descrive un metodo comprendente le fasi di generare con un sistema di misura un segnale elettrico di caratteristiche predeterminate, applicare il segnale a una prima porzione predeterminata di una struttura in calcestruzzo con una prima sonda, misurare con il sistema di misura un segnale in output con una seconda sonda applicata a una seconda porzione predeterminata della struttura in calcestruzzo. Sono comprese le fasi di elaborare il segnale in output, e determinare una caratteristica della struttura in calcestruzzo in dipendenza di un aspetto dell'output elaborato.
Tuttavia, i sistemi per il monitoraggio strutturale noti come quelli descritti soffrono di limiti intrinseci quali, ad esempio, la necessit? di creare recessi gi? previsti in fase di progettazione del manufatto e accessibili dall?esterno. I sistemi per il monitoraggio strutturale noti, predisposti per essere annegati nella mescola, invece, non prevedono un corretto posizionamento all?interno della struttura, con l?impossibilit? di ripararne eventuali malfunzionamenti o sostituirne la sorgente di alimentazione, se non intervenendo con operazioni invasive sulla struttura stessa.
Scopo della presente invenzione ? fornire un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura che consenta di raccogliere, pre-elaborare, archiviare e trasmettere dati di interesse al fine di indagare e valutare le condizioni della struttura in modo preciso e puntuale, avente, quindi, caratteristiche tali da superare i limiti che ancora influenzano gli attuali sistemi per il monitoraggio strutturale di una struttura, con riferimento alla tecnica nota.
Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di fornire un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura, e il controllo qualitativo dei prodotti a base di calcestruzzo, applicabile non solo a nuove costruzioni e strutture civili, ma anche al fine del monitoraggio e del consolidamento di edifici e strutture architettoniche preesistenti, in particolar modo quelle di interesse storico e culturale.
Un altro scopo della presente invenzione ? fornire un sistema per il monitoraggio di una struttura che rilevi parametri chimico-fisici della struttura analizzata, che variano in funzione delle condizioni ambientali esterne.
Infine, scopo della presente invenzione ? fornire un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura che rilevi parametri per la determinazione dello stato di vulnerabilit? o stato di danneggiamento di edifici o di strutture civili in genere.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 mostra una vista prospettica di alcuni componenti di un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura applicati a un?opera infrastrutturale generica, secondo l?invenzione;
- la figura 2 mostra una vista schematica di insieme dell?architettura di un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura, secondo l?invenzione;
- la figura 3 mostra una vista di dettaglio di un primo componente del sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura, secondo l?invenzione;
- le figure 4a, 4b, 4c e 4d mostrano viste di dettaglio di differenti configurazioni di dispositivi di rilevazione compresi nel primo componente del sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura applicati a un?opera da monitorare, secondo l?invenzione;
- la figura 5 mostra una vista di dettaglio di un secondo componente del sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura, secondo l?invenzione;
- la figura 6 mostra un diagramma di flusso che evidenzia l?applicazione a un?opera da monitorare e la logica di gestione del sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura, secondo l?invenzione.
Con riferimento a tali figure e, in particolare, alla figura 2, un sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura ? mostrato, secondo l?invenzione.
In particolare, come meglio mostrato in figura 2, il sistema 100 per il monitoraggio strutturale di una struttura comprende:
- almeno un dispositivo di acquisizione 101 posizionato su una superficie di una struttura da monitorare, comprendente una pluralit? di dispositivi di rilevazione 101a atti a rilevare una pluralit? di parametri fisici e/o chimici relativi alla struttura e a generare una pluralit? di segnali elettrici, un?unit? di elaborazione 101b connessa ai dispositivi di rilevazione 101a e atta a pre-elaborare i segnali elettrici generati da detti dispositivi di rilevazione 101a e ad archiviare dati associati ai segnali generati in una unit? di memoria integrata 101d nel dispositivo di acquisizione 101, e un modulo di comunicazione dati 101c su bus cablato;
- almeno un dispositivo di comunicazione 102 atto a ricevere e a trasmettere i dati pre-elaborati e trasmessi dall?almeno un dispositivo di acquisizione 101 per mezzo del modulo di comunicazione dati 101c;
- un dispositivo di gestione dati 103 connesso al dispositivo di comunicazione 102 e comprendente un?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento 103a; una batteria interna 103b; un trasformatore 103d; e un modulo di comunicazione 103c;
- almeno un?unit? remota di elaborazione 104 connessa al dispositivo di gestione dati 103 attraverso una rete locale o attraverso Internet.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il dispositivo di gestione dati 103 ? atto a gestire una rete di comunicazione costituita da almeno un dispositivo di acquisizione 101 e da almeno un dispositivo di comunicazione 102.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il dispositivo di gestione dati 103 comprende un?ulteriore unit? di memoria integrata 103e, ad esempio una memoria a stato solido, e un modulo di connessione a una rete locale o alla rete Internet 103f, ad esempio, nel secondo caso, un modem 3G/4G/5G, come meglio visibile in figura 5.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il dispositivo di gestione dati 103 ? atto a inviare all?unit? remota di elaborazione 104 dati elaborati dall?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento 103a.
Secondo un aspetto dell?invenzione, la struttura monitorata dal sistema 100 ? realizzata in calcestruzzo, in calcestruzzo armato o in calcestruzzo fibrorinforzato.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il dispositivo di acquisizione 101 ? racchiuso in un primo contenitore 105.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il dispositivo di gestione dati 103 ? racchiuso in un terzo contenitore 106.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il sistema 100 implementa un sistema di monitoraggio strutturale basato su una rete costituita da un set di dispositivi di acquisizione 101 e di dispositivi di comunicazione 102 afferenti al dispositivo di gestione dati 103, rete avente come nodi terminali i dispositivi di rilevazione 101a applicati in superficie sulla struttura da monitorare.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione i dispositivi di rilevazione 101a sono connessi al dispositivo di acquisizione 101 mediante tecnologia wireless, ossia senza fili.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, la trasmissione dati wireless consente di ottenere i dati da dispositivi di rilevazione 101a non necessariamente disposti secondo una direzione preferenziale, con ulteriori vantaggi in termini economici, ancora pi? preferibilmente a perdere.
L?utilizzo di dispositivi di rilevazione 101a inseriti all?interno della mescola, in maniera ordinata e secondo le specifiche tecniche di progettazione della struttura, meglio visibile in figura 4d, consente di ottenere informazioni in zone lontane dall?armatura metallica altrimenti non raggiungibili dal sistema di monitoraggio 100 nella sua configurazione cablata.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, l?architettura descritta consente un?elevata scalabilit? ed adattabilit? del sistema 100 e un ridotto dispendio energetico, garantendo inoltre un'elevata affidabilit? e sicurezza sui dati acquisiti.
Secondo un aspetto dell?invenzione, un?architettura di rete neurale artificiale (ANN, Artificial Neural Network) ? implementata dall?unit? di elaborazione 101b, dalla pluralit? di dispositivi di rilevazione 101a, dall?unit? di memoria integrata 101d e dall?unita elettronica di elaborazione e coordinamento 103a.
In particolare, secondo l?invenzione, l?unit? di elaborazione 101b, all?interno della rete neurale, ? configurata per valutare l?efficacia della misurazione della pluralit? di dispositivi di rilevazione 101a comparando i parametri rilevati con valori di riferimento precaricati nell?unit? di memoria integrata 101d, preferibilmente una memoria flash a stato solido.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, l?unit? di elaborazione 101b ? configurata per valutare lo stato di funzionamento dei dispositivi di rilevazione 101a connessi a essa e preposti a misurare parametri di interesse delle strutture monitorate.
La configurazione iniziale dell?unit? di elaborazione 101b ? impostata mediante valori di riferimento risultanti da prove di laboratorio eseguite su un set di campioni precedentemente testati provenienti dallo stesso lotto di produzione del materiale oggetto di monitoraggio.
Sulla base di queste informazioni, programmate e riprogrammabili in qualsiasi momento, e archiviate nell?unit? di memoria integrata 101d, l?unit? di elaborazione 101b valuta l?affidabilit? del dato ricevuto ed eventualmente ? in grado di generare e inoltrare un allarme se il dispositivo di rilevazione 101a ? non funzionante o se la comunicazione ? interrotta.
Secondo un aspetto dell?invenzione, i parametri misurati dai dispositivi di rilevazione 101a, dopo una preelaborazione effettuata dall?unit? di elaborazione 101b, sono valutati e confrontati rispetto a determinati valori di soglia, anche essi preimpostati ed eventualmente riprogrammabili dall?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento 103a: si tratta di valori limite di temperatura, pressione, vibrazione e deformazione predeterminati, rivelatori di potenziali criticit? e danneggiamento nelle strutture oggetto di monitoraggio.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, i suddetti valori di soglia hanno un valore iniziale prestabilito, e grazie all?architettura della rete neurale (ANN) possono essere modificati tramite un sistema di autoapprendimento parzialmente supervisionato sulla base delle valutazioni dell?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento 103a o dell?unit? remota di elaborazione 104.
Secondo un aspetto dell?invenzione, l?unit? remota di elaborazione 104, ad esempio un server dati, ? costituita da uno spazio dati e da un?unit? di elaborazione e controllo che per via remota protegge, elabora e gestisce tutto il flusso di informazioni proveniente dalle varie strutture connesse ad esso.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il primo contenitore 105 che racchiude il dispositivo di acquisizione 101 ? realizzato, preferibilmente, in materiale plastico, composito o metallico.
Secondo un aspetto dell?invenzione, la pluralit? dei dispositivi di rilevazione 101a di parametri fisici e/o chimici della struttura monitorata comprende un primo sensore 101aa atto a misurare parametri di deformazione della struttura, un secondo sensore 101ac atto a rilevare oscillazioni, un terzo sensore 101ab di umidit? relativa, un sensore di pressione, un sensore di temperatura, un sensore di pH, un sensore per rilevare la concentrazione di ioni e cloruri all?interno della struttura, un sensore di corrosione e un sensore atto a rilevare discontinuit? associabili alla presenza di micro lesioni o danneggiamenti.
Secondo un aspetto dell?invenzione, i dispositivi di rilevazione 101a sono racchiusi singolarmente o raggruppati in un secondo contenitore 108 in grado di proteggere il primo sensore 101aa atto a misurare le deformazioni della struttura se sottoposto a condizioni di lavoro critiche.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il secondo contenitore 108 ? realizzato, preferibilmente, in materiale plastico, composito o metallico.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il sensore 101ac atto a rilevare oscillazioni ? un accelerometro realizzato con tecnologia MEMS ed ? preferibilmente posizionato secondo una configurazione mostrata in figura 4c.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il sensore 101aa, mostrato in figura 4a, atto a misurare le deformazioni della struttura, ? un estensimetro.
I pi? comuni estensimetri sono monodirezionali e sono montati lungo una direzione ben precisa, cos? da consentire un?elevata efficacia di rilevazione.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il primo sensore 101aa ? disposto preferibilmente secondo una configurazione visibile in figura 4a, assemblato in una fase preliminare rispetto alla gettata di calcestruzzo, e fissato direttamente su un?armatura metallica zigrinata 109, meglio visibile in figura 4a, mediante supporti di sostegno 110 fissati su una superficie esterna del secondo contenitore 108.
Secondo una possibile applicazione dell?invenzione, il sensore atto a rilevare discontinuit? associabili alla presenza di micro lesioni o danneggiamenti ? un sensore a ultrasuoni, tipicamente impiegato esternamente per i test non distruttivi sui materiali.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il sensore a ultrasuoni ? assemblato in una fase preliminare rispetto alla gettata e, analogamente a quanto descritto per il sensore 101aa atto a misurare le deformazioni della struttura, ? fissato direttamente sull?armatura metallica zigrinata 109 mediante supporti di sostegno 110 posizionati sul secondo contenitore 108.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, i dispositivi di rilevazione 101a sono parzialmente annegati o completamente annegati nella struttura e sono collegati al dispositivo di acquisizione 101, al quale afferiscono, separati da questo, mediante un cavo di connessione, ad esempio un connettore multipolare schermato a tenuta stagna, o tramite una connessione senza fili.
La figura 4d, in particolare, evidenzia il caso del dispositivo di rilevazione 101a completamente annegato nella struttura da monitorare assieme al modulo di comunicazione dati 101c, che implementa la connessione senza fili summenzionata.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il sensore 101ab, atto a misurare l?umidit? relativa, ? un igrometro di tipo capacitivo ed ? generalmente posto all?interno del dispositivo di acquisizione 101 con la sola porzione comprendente contatti metallici esposta a contatto con la superficie dell'elemento da monitorare, come meglio visibile in figura 4b.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, la valutazione in tempo reale di tali fattori di criticit? consente di allertare operatori dedicati, ad esempio attraverso avvisi indirizzati ai loro terminali mobili, in merito all?opportunit? di porre in atto azioni manutentive correttive, per la programmazione futura delle medesime azioni o per notificare in tempo reale eventuali sollecitazioni critiche.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il dispositivo di comunicazione 102 ? un cavo per bus dati su linea seriale atto a ricevere e a trasmettere all?ulteriore unit? di memoria integrata 103e i dati processati e trasmessi dai dispositivi di acquisizione 101.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il dispositivo di acquisizione 101, il dispositivo di comunicazione 102 e il dispositivo di gestione dati 103 sono connessi mediante uno standard di comunicazione su linea seriale su bus RS-485, uno standard di comunicazione seriale bidirezionale molto diffuso nel settore dell?automazione industriale.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, l?impiego di una connessione su linea seriale RS-485 consente di ottenere alte velocit? (bps), un numero elevato di connessioni e di coprire lunghe distanze di trasmissione dati.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, l?impiego di un sistema di comunicazione cablato consente un?elevata affidabilit? e un rapido sistema di verifica del funzionamento del dispositivo, evitando la perdita di pacchetti dati trasmessi dal dispositivo di acquisizione 101 e garantendo una misurazione efficace e continua.
Secondo un aspetto dell?invenzione, l?unit? di elaborazione 101b ? un microcontrollore su quale ? in esecuzione un ambiente operativo open source, ad esempio una release LINUX, sulla quale poggiano routine software di elaborazione delle variabili misurate dai dispositivi di rilevazione 101a per la determinazione dei valori di soglia critici.
Secondo un aspetto dell?invenzione, pi? dispositivi di acquisizione 101, combinati e interagenti tra loro, sono riferibili come neuroni artificiali, implementati mediante le unit? di elaborazione 101b. Queste ultime, all?interno del sistema 100, progettualmente abbastanza semplici, svolgono la funzione di auto-calibrazione dei dispositivi di rilevazione 101a e di correzione dell?output sulla base delle irregolarit? intrinseche del sistema solido, ossia la struttura da monitorare.
La calibrazione dei dispositivi di rilevazione 101a ? fondamentale poich?, come noto nell?ambito delle costruzioni edili, diverse tipologie di calcestruzzo possono essere ottenute con miscele di aggregati di diverse dimensioni, e come conseguenza il calcestruzzo presenta intrinsecamente delle irregolarit? distribuite casualmente, che influiscono abbassando l?intensit? di forza rilevata dall?interno rispetto a quella reale.
Le unit? elettroniche di elaborazione e coordinamento 103a sono microcontrollori programmati per acquisire, processare e inviare solo i segnali ricevuti periodicamente da altri processori vicini, e viceversa. La rete unit? elettroniche di elaborazione e coordinamento 103a ?, in sostanza, uno strato nascosto della rete neurale che contiene l?algoritmo di apprendimento.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, l?addestramento della rete neurale avviene in due stadi. In una prima fase, tutti i segnali ricevuti in input attraverso i dispositivi di acquisizione 101 si propagano verso i dispositivi di gestione dati 103, in maniera che i valori dei pesi delle singole rilevazioni siano tutti fissati ed equivalenti. Nella seconda fase, la risposta della rete viene confrontata con l?uscita desiderata ottenendo il segnale d?errore, che si propaga in direzione inversa rispetto alla prima fase, modificando opportunamente i pesi delle singole rilevazioni, in modo da minimizzare le differenze tra l?output desiderato e l?output attuale.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, l?adozione di una rete neurale con capacit? di autoapprendimento consente di ricavare un modello matematico previsionale dinamico, implementato tramite software, tale da consentire al sistema 100 la capacit? di adattare i pesi delle rilevazioni alle condizioni esterne dinamicamente.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, una volta terminato l?addestramento supervisionato, la rete neurale ? in grado di riconoscere la relazione tra variabili di ingresso e di uscita, con riferimento a casi a essa ignoti.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, la rete neurale ? in grado di modificare i pesi e altri coefficienti di correlazione in relazione all?et? degli edifici e delle strutture o alle loro condizioni durante il ciclo di vita.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, il sistema 100 consente di valutare automaticamente i parametri e le condizioni strutturali che, in relazione all?et? degli edifici e delle strutture, permettono di ottenere una stima del valore economico di un edificio.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, il sistema 100 consente di evitare di ricavare un alloggiamento sagomato e di impiegare adesivi strutturali, soluzione tecnica adottata per esempio nei sistemi di monitoraggio strutturale con rilevatori dei parametri di interesse posizionati in recessi della struttura. Nell?ottica di far resistere i dispositivi di rilevazione, annegati nella struttura, in condizioni critiche di pressione e umidit?, si crea un incapsulamento in materiale composito di propriet? e risposta meccanica nota.
Secondo un aspetto dell?invenzione, uno o pi? dispositivi di acquisizione 101 vengono alimentati elettricamente mediante il dispositivo di gestione dati 103, che come in precedenza illustrato include una batteria interna 103b e un trasformatore 103d, e possono anche essere alimentati, in alternativa, mediante corrente alternata civile o industriale o, ancora, mediante moduli ad energia rinnovabile, ad esempio moduli fotovoltaici.
Secondo un aspetto dell?invenzione, come detto, il dispositivo di gestione dati 103 contiene un?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento 103a e un modulo di comunicazione 103c preposti a elaborare e a trasmettere i dati acquisiti e processati, per mezzo del modulo di connessione a una rete locale o alla rete Internet 103f, al server dati 104.
Secondo un aspetto dell?invenzione, il server dati 104, in cloud o installato in locale in una centrale di monitoraggio, ? dotato di un database e di specifici applicativi software che eseguono analisi avanzate sullo storico dei parametri misurati sulle strutture in calcestruzzo.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione l?ulteriore unit? di memoria integrata 103e, visibile in figura 5, consente di conservare i dati a breve termine in forma di backup.
Vantaggiosamente secondo l?invenzione, le analisi condotte sullo storico dei dati acquisiti sulle strutture monitorate consentono di valutare nel tempo l?integrit? delle opere civili, nonch? di implementare modelli di previsione sull?evoluzione delle condizioni strutturali, e divenire un valido strumento nell?ottica di uno standard di progettazione condiviso, riferibile come BIM (Building Information Modelling), per il controllo e la gestione integrata dell?intero ciclo di vita della struttura edificata, dalla progettazione, attraverso le fasi di realizzazione, fino alla manutenzione e alla dismissione.
Un ulteriore vantaggio assicurato dalle suddette analisi dei dati acquisiti ed elaborati sul campo ? che consentono di redigere report periodici specifici.
Secondo un altro aspetto dell?invenzione, la struttura sottoposta a monitoraggio strutturale ? una infrastruttura civile prefabbricata o un edificio di uso generico, sia civile che industriale, un prefabbricato in cemento armato o un?infrastruttura ed edificio preesistente di interesse storico e culturale
Pertanto, il sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura secondo l?invenzione consente di valutare l?integrit? strutturale di edifici e grandi manufatti in calcestruzzo in modo preciso, continuativo ed efficiente.
Un altro vantaggio del sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura secondo l?invenzione ? che assicura di conferire i dati relativi alla rilevazione sul campo a una centrale di monitoraggio, cos? da avere un quadro di insieme dell?evoluzione temporale delle variabili locali, e della loro correlazione, per la valutazione continuativa dell?integrit? strutturale di edifici e beni architettonici.
Inoltre, il sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura secondo l?invenzione consente di segnalare in real-time a operatori dedicati situazioni di criticit? in atto sulle strutture monitorate o eventualmente a utenti finali, mediante segnalazioni su sistemi software e di messaggistica istantanea, gestiti sempre mediante il server dati.
Un ulteriore vantaggio del sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura secondo l?invenzione ? che ? sicuro.
Infine, il sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura secondo l?invenzione ? economico e comporta ridotta complessit? legata alle fasi di prototipazione e di produzione di serie.
Risulta infine chiaro che al sistema per il monitoraggio strutturale di una struttura qui descritto e illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI
1. Sistema (100) per il monitoraggio strutturale di una struttura, comprendente:
- almeno un dispositivo di acquisizione (101) posizionato su una superficie della struttura da monitorare, comprendente una pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a) atti a rilevare una pluralit? di parametri fisici e/o chimici relativi alla struttura e a generare una pluralit? di segnali elettrici; un?unit? di elaborazione (101b) connessa alla pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a) e atta a pre-elaborare i segnali elettrici generati da detta pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a) e ad archiviare dati associati ai segnali generati in una unit? di memoria integrata (101d) nel dispositivo di acquisizione (101); e un modulo di comunicazione dati (101c) su bus cablato;
- almeno un dispositivo di comunicazione (102) atto a ricevere e a trasmettere i dati processati e trasmessi dall?almeno un dispositivo di acquisizione (101) per mezzo del modulo di comunicazione dati (101c);
- un dispositivo di gestione dati (103) connesso all?almeno un dispositivo di comunicazione (102) e comprendente un?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento (103a); una batteria interna (103b); un trasformatore (103d); un modulo di comunicazione (103c); un?ulteriore unit? di memoria integrata (103e); e un modulo di connessione a una rete locale alla rete Internet (103f); e
- almeno un?unit? remota di elaborazione (104) connessa al dispositivo di gestione dati (103) attraverso una rete locale o attraverso Internet; caratterizzato dal fatto che l?unit? di elaborazione (101b), la pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a), l?unit? di memoria integrata (101d) e l?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento (103a) implementano una rete neurale, l?unit? di elaborazione (101b) ? configurata per valutare l?efficacia della misurazione della pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a) comparando i parametri rilevati con valori di riferimento precaricati nell?unit? di memoria integrata (101d) e per valutare lo stato di funzionamento di detta pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a), e dal fatto che il dispositivo di gestione dati (103) ? configurato per gestire una rete di comunicazione costituita dall?almeno un dispositivo di acquisizione (101) e dall?almeno un dispositivo di comunicazione (102) e per inviare all?almeno un?unit? remota di elaborazione (104) dati elaborati dall?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento (103a).
2. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a) di parametri fisici e/o chimici della struttura monitorata comprende: un primo sensore (101aa) atto a misurare parametri di deformazione della struttura; un secondo sensore (101ac) atto a rilevare oscillazioni; un terzo sensore (101ab) di umidit? relativa; un sensore di pressione; un sensore di temperatura; un sensore di pH; un sensore atto a rilevare la concentrazione di ioni e cloruri all?interno della struttura; un sensore di corrosione; e un sensore atto a rilevare discontinuit? associabili alla presenza di micro lesioni o danneggiamenti.
3. Sistema (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il primo sensore (101aa) ? un estensimetro, il terzo sensore (101ab) ? un igrometro capacitivo, il secondo sensore (101ac) ? un accelerometro realizzato con tecnologia MEMS, e il sensore atto a rilevare discontinuit? associabili alla presenza di micro lesioni o danneggiamenti ? un sensore a ultrasuoni.
4. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?unit? elettronica di elaborazione e coordinamento (103a) ? configurata per preimpostare e riprogrammare valori di soglia dei parametri misurati dalla pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a).
5. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?almeno un dispositivo di acquisizione (101) ? racchiuso in un primo contenitore (105) realizzato in un materiale scelto nel gruppo composto da:
- metallo;
- materiale plastico;
- materiali compositi.
6. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?unit? di elaborazione (101b) ? un microcontrollore e l?almeno un dispositivo di comunicazione (102) ? un cavo per bus seriale atto a ricevere e a trasmettere all?unit? di memoria integrata (103e) i dati pre-elaborati e trasmessi dall?almeno un dispositivo di acquisizione (101).
7. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l?almeno un dispositivo di acquisizione (101), l?almeno un dispositivo di comunicazione (102) e il dispositivo di gestione dati (103) sono connessi mediante una linea seriale RS-485.
8. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la pluralit? dei dispositivi di rilevazione (101a) ? racchiusa in un secondo contenitore (108), detto secondo contenitore (108) essendo dotato di supporti di sostegno (110) fissati su una sua superficie esterna ed essendo realizzato in un materiale scelto nel gruppo composto da:
- metallo;
- materiale plastico;
- materiali compositi.
9. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato che la pluralit? di dispositivi di rilevazione (101a) ? parzialmente annegata o completamente annegata nella struttura ed ? collegata all?almeno un dispositivo di acquisizione (101) mediante un connettore multipolare schermato a tenuta stagna o tramite una connessione senza fili.
10. Sistema (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la struttura sottoposta a monitoraggio strutturale ? una infrastruttura civile prefabbricata o un edificio di uso generico, sia civile che industriale, un prefabbricato in cemento armato o un?infrastruttura ed edificio preesistente di interesse storico e culturale.
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