ITRM20090486A1 - Dispositivo, e complesso di dispositivi, per il monitoraggio delle sovrapressioni nelle strutture in muratura e cemento armato. - Google Patents

Description

DISPOSITIVO, E COMPLESSO DI DISPOSITIVI, PER IL MONITORAGGIO DELLE SOVRAPRESSIONI NELLE STRUTTURE IN MURATURA E CEMENTO ARMATO

DESCRIZIONE

Settore della tecnica

La presente invenzione riguarda sia un dispositivo che un complesso di dispositivi, o sistema, per il monitoraggio delle sovrapressioni che possono presentarsi nel tempo nelle strutture in muratura, nelle opere in cemento armato, o anche nelle opere d’arte in genere. In quest’ultimo caso la presente invenzione à ̈ particolarmente importante in quanto si fonda su un principio di monitoraggio che reca un danno minimo all’opera in questione.

La presente invenzione ha anche il vantaggio di poter misurare nel tempo con precisione e soprattutto in maggior profondità rispetto alla totalità dei sistemi dello stato dell’arte, tutte le sovrapressioni che possono verificarsi.

Le sovrapressioni in questione sono indotte nelle strutture, o opere di costruzione da monitorare, dai carichi agenti sulle stesse, superiori a quelli di una specifica normativa o, nel caso che risultino nell’ambito di quelli previsti dalla stessa normativa, tali da creare in una struttura inadeguata a sorreggerli, sollecitazioni superiori a quelle ammissibili, che portano perciò la struttura in sovraccarico. Tecnica nota

Le concentrazioni di carico all’interno di una struttura di qualsiasi genere, ad esempio quelle in muratura e cemento armato per fabbricati civili e industriali, o quelle di opere speciali come pile che sorreggono ponti o viadotti, ed altre di sostegno di scavi, gallerie ed altre, possono essere soggette ad un eccesso di pressione tale da compromettere la stabilità, l’utilizzo e la sicurezza per le persone e le cose.

Nel tempo di sono succeduti metodi di verifica strumentale delle strutture che per le murature sono rappresentati soprattutto da sistemi come quello dei martinetti piatti che giungono soltanto fino ad una certa profondità della muratura, o nel caso del cemento armato, quello dei carotaggi o delle ispezioni radar.

Inoltre, vengono normalmente utilizzati i sistemi esterni alla struttura, come quello dell’osservazione ottica per i cedimenti verticali, eventualmente differenziali.

Pertanto, diversamente dalla presente invenzione (come si vedrà) la tecnica nota non à ̈ in grado di mettere a disposizione un dispositivo o un sistema per tenere sotto controllo una struttura conoscendone veramente l’eventuale cedimento o sovrapressione interna e, disponendo di dati cronologicamente successivi, redigendo diagrammi e tabelle che consentano l’effettiva conoscenza delle condizioni interne della struttura e proponendo di conseguenza eventuali interventi generali o mirati per il recupero della struttura e il consolidamento, o per la sua dismissione.

Un dispositivo e un complesso di dispositivi per il monitoraggio delle sovrapressioni interne delle strutture di fabbricati, opere d’arte, o altre costruzioni, che più si avvicinano al presente concetto inventivo, sono quelli illustrati nella domanda di brevetto italiano RM2002A000172 avente per titolo “Dispositivo e sistemi di dispositivi, per il monitoraggio della stabilità di una struttura†, depositata il 27 marzo del 2002. Lo svantaggio di questo sistema à ̈ però dovuto al fatto che esso à ̈ di difficile lettura e che il liquido (glicerina o altro) comunica con l’atmosfera circostante. Inoltre, questo sistema noto non permette di effettuare una telelettura mediante mezzi elettrici ed elettronici. Pertanto à ̈ necessario recarsi di persona ad effettuare la lettura del valore misurato da ogni singolo dispositivo. Per quanto concerne poi il dispositivo a due tubi coassiali e volumi uguali V1, V2 descritto come possibile variante di esecuzione nella stessa domanda di brevetto RM2002A000172, esso ha una struttura ancora più complicata e oltre ad aumentare quindi i costi di fabbricazione, esso presenta gli stessi svantaggi sopra indicati.

Quindi, esiste attualmente nella tecnica l’esigenza di disporre di un dispositivo e di un sistema di tali dispositivi di monitoraggio dei sovraccarichi nelle strutture murarie, nelle opere d’arte, nei fabbricati, nelle opere di ingegneria civile in generale, ecc., in cui, tale dispositivo o sistema dovrà essere in grado di misurare molto in profondità le sovrapressioni che si verificano eventualmente a partire dal suo montaggio iniziale nelle struttura, dovrà fornire valori precisi ossia molto affidabili, dovrà essere minimamente invasivo (opere d’arte), dovrà avere un costo conveniente, e dovrà poter fornire anche dati a distanza, tramite diverse stazioni di raccolta dati, per poter controllare ad esempio vari fabbricati simultaneamente (si pensi tra l’altro ad un’intera zona terremotata o a rischio sismico). Breve descrizione dell’invenzione

I suddetti scopi dell’invenzione verranno ottenuti, secondo la rivendicazione 1 del brevetto, mediante un:

dispositivo per il monitoraggio delle sovrapressioni nelle strutture in muratura o cemento armato, comprendente un corpo (1) di forma allungata, internamente cavo e chiuso o chiudibile a tenuta da un tappo di fondo (2) ad una prima estremità che verrà inserita nella struttura, caratterizzato dal fatto che all’altra estremità del corpo (1) di forma allungata à ̈ montato almeno un misuratore di pressione (5; 8) comunicante e interagente con un liquido poco sensibile alle variazioni termiche, disposto a tenuta stagna nel detto corpo (1) di forma allungata; detto corpo (1) di forma allungata essendo in materiale deformabile alle sovrapressioni prodotte dall’eccesso di sollecitazioni che si verificano nel tempo all’interno della struttura, in maniera da trasmettere queste sovrapressioni direttamente tramite il liquido al misuratore di pressione (5; 8), il quale à ̈ inizialmente settabile ad una pressione di “zero iniziale†corrispondente ad una pressione non nulla esercitata inizialmente dal liquido sul misuratore di pressione (5; 8) allorché il dispositivo stesso à ̈ inserito nella struttura.

Essendo il dispositivo dell’invenzione perfettamente stagno, non si verificano più i problemi della citata domanda di brevetto RM2002A000172, ad esempio addirittura il traboccamento del liquido dalla colonnina graduata di lettura. Inoltre, il trasduttore di pressione fornisce sempre valori precisi, di immediata lettura, che verranno poi facilmente corretti con un calcolo di conversione numerica, tale da scorporare gli effetti dovuti alla dilatazione termica del liquido contenuto nel corpo (preferibilmente cilindrico) del dispositivo. Inoltre, l’utilizzo di un trasduttore elettrico/elettronico consente facilmente di leggere i valori forniti dal trasduttore con un computer. Diversi trasduttori potranno essere collegati in serie ad un computer o ad una stazione di raccolta di dati e di trasferimento degli stessi dati ad una stazione di controllo remota. Si potrà così disporre di un vasto sistema di monitoraggio, adottabile ad esempio in un luogo danneggiato da calamità naturali (terremoti, frane, o altro). Quindi, la presente invenzione assume un particolare rilievo sotto l’aspetto della prevenzione di crolli in zone devastate da questo tipo di eventi.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora descritta a titolo puramente esemplificativo e non limitativo o vincolante facendo riferimento ad alcuni suoi esempi di esecuzione illustrati nelle figure annesse, nelle quali:

FIGURA 1A à ̈ una vista assonometrica esplosa di una prima forma d’esecuzione del dispositivo oggetto della presente invenzione;

FIGURA 1B Ã ̈ una vista laterale esplosa della prima forma di esecuzione del dispositivo;

FIGURA 2A Ã ̈ una vista assonometrica esplosa di una seconda forma di esecuzione del dispositivo oggetto della presente invenzione;

FIGURA 2B Ã ̈ una vista laterale esplosa della seconda forma di esecuzione del dispositivo;

FIGURA 3A à ̈ una vista assonometrica esplosa di una terza forma d’esecuzione del dispositivo oggetto della presente invenzione nella quale i due misuratori di pressione sono presenti entrambi;

FIGURA 3B à ̈ una vista laterale esplosa della terza forma di esecuzione dell’invenzione.

Descrizione di alcune forme di esecuzione preferite

Con riferimento alle Figure 1A e 1B verrà anzitutto descritta la prima forma d’esecuzione di un dispositivo secondo la presente invenzione.

Il dispositivo à ̈ costituito da un corpo cilindrico 1, aperto alle estremità, preferibilmente realizzato in polivinilcloruro (PVC) per le murature e in Teflon per strutture in cemento armato.

La conformazione dell’oggetto risulta la medesima con i due diversi materiali che cambiano esclusivamente per la differenza di pressioni e di sollecitazioni esercitate nelle due diverse strutture.

Si prevede di chiudere detto cilindro 1 alle estremità con un tappo di fondo 2 e un tappo di testa 3, quest’ultimo restando all’esterno della struttura da monitorare. Per la precisione, il dispositivo mostrato in Fig. 1A e Fig. 1B verrà introdotto sostanzialmente ortogonalmente nel corpo della struttura in esame, ossia perpendicolarmente alla superficie verticale della stessa, e tutta quella parte del dispositivo che si trova alla destra - in Fig. 1B - del tappo di testa 3, incluso il tappo di testa 3 stesso, rimarrà all’esterno della struttura.

Al tappo di testa 3 à ̈ montato un raccordo a T, indicato dal numero 4, su cui à ̈ inserito un tappo di chiusura 6 dotato di tubino flessibile 7 di iniezione di un liquido poco soggetto agli sbalzi termici (glicerina o altro). I due tappi 3, 2, di testa e di fondo rispettivamente, vengono avvitati e sigillati garantendo la tenuta perfetta ai liquidi rispetto alla parete del corpo cilindrico 1. Lo stesso sistema di adesivo sigillante viene utilizzato tra gli altri componenti da assemblare 3, 4, 5 e 6.

Il tubino flessibile 7 serve a iniettare un liquido poco soggetto agli sbalzi termici (nel seguito spesso denominato semplicemente “il liquido†), a partire dal fondo (zona vicina al tappo di fondo 2) del corpo cilindrico 1, onde evitare la formazione di vuoti (bolle d’aria) nel corpo cilindrico 1, nel raccordo 4, e sino alla bocca d’uscita del tappo di chiusura 6. In pratica, il tubicino flessibile di iniezione 7 viene utilizzato per introdurre il liquido a partire dalla zona del fondo del corpo cilindrico 1 e simultaneamente esso viene estratto/sfilato sino a fuoriuscire completamente dal tappo di chiusura 6, il foro di quest’ultimo (che serviva per il passaggio del tubicino 7) essendo poi sigillato al termine dell’operazione di riempimento.

Durante questa operazione di riempimento, il componente 5, sopra menzionato, che costituisce in realtà un misuratore di pressione, o trasduttore di pressione 5, à ̈ già montato sul raccordo tubolare a T 4, come mostra la Fig. 1A. Si noti che la Figura 1A mostra ancora il tubicino di iniezione 7 che in realtà deve però essere sfilato completamente, come detto spora, al termine dell’operazione di riempimento del liquido e preferibilmente (ma non necessariamente) prima dell’installazione del dispositivo dell’invenzione nella struttura da monitorare. Il liquido viene riempito anche in modo da generare, al momento del montaggio nella struttura, una certa pressione iniziale non nulla sul misuratore 5 che nella realizzazione delle Figure 1A e 1B à ̈ un semplice manometro a lancetta.

Nella (seconda) realizzazione della Figura 2A e della Figura 2B, i riferimenti numerici sono rimasti gli stessi a parte il misuratore di pressione, che ora costituisce un trasduttore elettrico 8 della pressione. Per il resto le due realizzazioni dei dispositivi delle Figure 1A e 1B, e rispettivamente 2A e 2B, sono identiche. Per leggere le pressioni via via esercitate, determinate sia nel caso della prima che della seconda realizzazione dell’invenzione dallo schiacciamento progressivo del corpo cilindrico 1 del dispositivo, che provoca a sua volta un aumento di pressione nel liquido e quindi una maggiore pressione sul traduttore 5 o rispettivamente 8, nel caso della seconda realizzazione, relativa al trasduttore elettrico 8, ci si serve ad esempio di una batteria a 12 volt esterna al trasduttore stesso.

In ogni caso, tutto il dispositivo dell’invenzione risulta chiuso ossia stagno rispetto all’ambiente esterno. Ciò consente, con un semplice calcolo numerico, o eventualmente con un confronto con un elemento analogo non soggetto a pressione (vedi il seguito della descrizione), di valutare la differenza con la pressione misurata dal trasduttore 5 oppure 8, la quale inevitabilmente à ̈ composta da due addendi relativi uno alla sovrapressione nella struttura (che produce lo schiacciamento della parte laterale del corpo cilindrico 1) e l’altro alla temperatura (dilatazione termica) del liquido. Un esempio di liquido da inserire nel dispositivo (corpo cilindrico 1) à ̈ dato dalla glicerina, in quanto tra i diversi liquidi disponibili à ̈ quello meno deformabile per variazione di temperatura).

Al fine di scorporare dalla variazione di pressione osservata nel dispositivo dell’invenzione gli effetti delle variazioni termiche ambientali, si tiene conto della caratteristica ben nota degli stessi liquidi di variare il volume, proprio in funzione della temperatura, in modo analogo al comportamento dei solidi, ossia secondo la legge che caratterizza la dilatazione cubica:

Vt= Vt0· (1+ A · ∆t) , dove

Vt= volume del liquido alla temperatura generica t,

Vt0= volume del liquido alla temperatura iniziale t0, espressa in gradi centigradi, ∆t = t – t0

A = coefficiente di dilatazione cubica dei liquidi (esprime di quanto aumenta il volume di un cubo di liquido di lato 1m quando subisce la variazione di temperatura 1° C).

Per il glicerolo, A = 0,5 · 10<-3>/ °C

Ipotizzando il volume del dispositivo pari a 101700 mm3 alla temperatura standard di 21°C, la variazione di volume corrispondente ad una variazione positiva di 15°C (temperatura ambiente estiva pari a 36°C), risulta pari a circa 763 mm3.

Nella terza realizzazione di Fig. 3A e di Fig. 3B, il dispositivo presenta contemporaneamente sia il manometro 5 (versione manuale, o prima forma d’esecuzione) che il trasduttore elettrico 8 (versione elettronica, seconda forma d’esecuzione). Si noti che allora il raccordo a T, 4, à ̈ sostituito da un raccordo a croce, 9. Questa soluzione sarebbe più onerosa/costosa rispetto alle altre due, ma potrebbe offrire il vantaggio di consentire un confronto tra le due letture e quindi di osservare un’eventuale anomalia in uno dei due misuratori di pressione. Si noti che la prima realizzazione (manometro 5) à ̈ facilmente utilizzabile anche da profani che potrebbero così monitorare senza alcun aiuto da parte di tecnici specializzati il valore di lettura e comunicarlo periodicamente ad un centro di monitoraggio della struttura a cui perverrebbero ad esempi i dati di diverse strutture da controllare.

Funzioni e utilizzo del dispositivo dell’invenzione

Il dispositivo della presente invenzione, una volta caricato con il liquido e quindi chiuso, viene applicato all’interno di una struttura in muratura o in cemento armato mediante un foro praticato con un trapano a rotazione o percussione fino alla profondità desiderata.

Perciò lo stesso dispositivo potrà avere lunghezze differenti a variare dai 20 e i 30 cm in su, fino ad una lunghezza prevedibile di circa 100 cm o altro, a seconda delle strutture che dovranno via via essere monitorate.

Una volta praticato il foro viene inserito il dispositivo che viene murato nella struttura mediante una malta di cemento antiritiro o resina da iniezione al fine di riempire tutti i vuoti eventualmente presenti nell’intorno del foro e perché il dispositivo stesso venga messo in pressione dandogli uno 0 (zero) di partenza prima dell’inizio delle misurazioni.

Si potranno montare sulla stessa struttura, edificio, pilastri, ponte o altro, più dispositivi collegati con uno stesso sistema elettrico di lettura, per cui con una batteria a 12 volt potrà essere eseguita la lettura sul trasduttore di pressione mediante un semplice computer portatile.

Ciò significa che ogni stazione su struttura potrà essere monitorata con un sistema di collegamento diretto al computer e in serie tra i diversi dispositivi dell’invenzione che sono stati montati. Tali dispositivi potranno perciò fornire risultati confrontabili che forniranno a loro volta dati utili alla conoscenza della struttura nel suo spessore e agli eventuali interventi da adottare per consentirne l’uso più corretto.

Dal punto di vista operativo si osservi che i corpi cilindrici in PVC, teflon, o altro materiale deformabile idoneo, sono da considerarsi “a perdere†nella struttura, in quanto rimarranno “murati†, mentre la parte esterna del manometro o trasduttore e del tappo di testa potranno essere rimossi per poi essere utilizzabili in monitoraggi successivi.

Nel caso in cui il corpo cilindrico venisse abbandonato nella struttura, questo dovrà essere riempito da malta di cemento antiritiro onde evitare assestamenti in quel punto nel tempo.

La lettura cronologica successiva dei dati del singolo dispositivo e di tutti i dispositivi in serie, su una struttura, può consentire la stesura di tabelle e grafici che permettono di confrontare i dati e di avere perciò un quadro completo dello spessore della struttura nel tempo.

Come già osservato, l’effetto riconducibile alla variazione di temperatura del liquido interno al dispositivo potrà essere valutato preferibilmente numericamente, ma anche tramite il confronto tra vari dispositivi montati in opera e soggetti alle sovrapressioni della struttura, e un dispositivo specifico che potrà avere un’opportuna protezione rigida tutt’attorno in modo tale da essere soggetto soltanto alle variazioni termiche ma non a quelle di carico (sovrapressioni).

Si noti che i risultati forniti dal dispositivo della presente invenzione sono più completi di quelli di altri dispositivi adatti al monitoraggio in questo genere di interventi. Infatti, l’utilizzo del dispositivo della presente invenzione consente di:

- giungere all’interno di una struttura fino ad una profondità qualsiasi e conoscere perciò le sovrapressioni in qualsiasi punto della struttura stessa; - riscontrare eventuali cedimenti differenziali della struttura, soprattutto muraria, o dei pilastri di una struttura in cemento armato, per verificare la modalità di distribuzione dei carichi nel tempo e la loro eventuale differenzialità;

- effettuare la lettura in modo semplice, ciò che permette una rapida verifica nel tempo sulle strutture stesse;

- intervenire in modo “puntuale†sulla struttura, permettendo la lettura delle sovrapressioni senza tagli o rimozioni particolari; infatti, la piccola dimensione del diametro del corpo cilindrico 1 consente di intervenire nelle murature sulle malte di legatura tra mattoni o parti di struttura muraria e sul cemento armato in punti non visibili o poco rilevanti dal punto di vista estetico;

- effettuare un intervento non distruttivo per la verifica delle sovrapressioni, nel caso di monumenti, strutture vincolate, o opere d’arte di grande pregio, in quanto l’inserimento del dispositivo dell’invenzione nella malta di legatura tra i mattoni consente un monitoraggio “morbido†con maggiore completezza dei dati di risposta e senza che il monumento od altro abbia a subire un’asportazione di materiale consistente.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il monitoraggio delle sovrapressioni nelle strutture in muratura o cemento armato, comprendente un corpo (1) di forma allungata, internamente cavo e chiuso o chiudibile a tenuta da un tappo di fondo (2) ad una prima estremità che verrà inserita nella struttura, caratterizzato dal fatto che all’altra estremità del corpo (1) di forma allungata à ̈ montato almeno un misuratore di pressione (5; 8) comunicante e interagente con un liquido poco sensibile alle variazioni termiche, disposto a tenuta stagna nel detto corpo (1) di forma allungata; detto corpo (1) di forma allungata essendo in materiale deformabile alle sovrapressioni prodotte dall’eccesso di sollecitazioni che si verificano nel tempo all’interno della struttura, in maniera da trasmettere queste sovrapressioni direttamente tramite il liquido al misuratore di pressione (5; 8), il quale à ̈ inizialmente settabile ad una pressione di “zero iniziale†corrispondente ad una pressione non nulla esercitata inizialmente dal liquido sul misuratore di pressione (5; 8) allorché il dispositivo stesso à ̈ inserito nella struttura 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il misuratore di pressione à ̈ un manometro (5). 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il misuratore di pressione à ̈ un trasduttore elettrico (8). 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che vi sono due misuratori di pressione (5, 8) montati assieme all’altra estremità del corpo (1) di forma allungata, uno dei quali (5) à ̈ un manometro, mentre l’altro (8) à ̈ un trasduttore elettrico. 5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto corpo (1) di forma allungata à ̈ cilindrico. 6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui detto corpo (1) di forma allungata à ̈ in materiale plastico, preferibilmente teflon o polivinilcloruro (PVC). 7. Complesso di dispositivi per il monitoraggio delle sovrapressioni in strutture in muratura o cemento armato, caratterizzato dal fatto che oltre a dei dispositivi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 sino a 6, à ̈ previsto sulla stessa struttura almeno un dispositivo identico anche dimensionalmente ad almeno uno di questi, ma avente un corpo (1) di forma allungata in materiale non deformabile, ad esempio in metallo ad alta resistenza, in maniera che il suo valore di lettura corrisponda soltanto alla variazione di pressione prodotta dalla dilatazione termica del liquido contenuto nel dispositivo. 8. Complesso di dispositivi per il monitoraggio delle sovrapressioni in strutture in muratura o in cemento armato, i dispositivi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1, oppure 3 sino a 6, essendo dotati ciascuno almeno di un trasduttore elettrico (8) delle sovrapressioni, il complesso di dispositivi essendo associato ad un sistema elettronico di lettura dei dati forniti dai singoli trasduttori elettrici (8) dei singoli dispositivi, anche costituito eventualmente da un semplice PC portatile collegabile mediante fili elettrici e una porta USB ai vari dispositivi. 9. Complesso di dispositivi associato ad un sistema elettronico di lettura dei dati, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il sistema di lettura dei dati à ̈ associato ad una stazione locale di memorizzazione e trasferimento dati la quale trasmette i dati relativi ad una singola struttura, verso una sala di controllo remota, quest’ultima elaborando e ordinando i dati relativi alle varie strutture da monitorare. . 10. Complesso di dispositivi secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che à ̈ prevista un’unità di calcolo, la quale à ̈ associata o alla sala di controllo remota, oppure alla stazione locale di memorizzazione e trasferimento dati relativa alla singola struttura da monitorare, detta unità di calcolo effettuando lo scorporamento dell’effetto prodotto dalla dilatazione termica del liquido sui dati di lettura delle sovrapressioni, tenendo conto del valore della temperatura misurato da termometri presenti sul luogo della rispettiva struttura al momento della lettura dei trasduttori (8), e di opportune tabelle empiriche, oppure sottraendo il valore di pressione fornito da un dispositivo avente un corpo (1) di forma allungata in materiale non deformabile. 11. Tecnica di installazione, in una struttura da monitorare, di un dispositivo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1 sino a 6, caratterizzata dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - si effettua una foratura sostanzialmente orizzontale nella struttura anche nella sua malta di legatura, ad esempio mediante un trapano a rotazione o a percussione, sino al raggiungimento della profondità desiderata, - si inserisce il dispositivo, già riempito con il liquido poco sensibile alle variazioni termiche, nel foro ottenuto nella fase precedente, e si riempie lateralmente il foro con malta antiritiro; - si effettua la taratura del dispositivo settando lo stesso ad uno “zero iniziale†delle sovrapressioni, corrispondente anche alla temperatura presente al momento dell’installazione; - nel caso dell’utilizzo di un dispositivo con corpo (1) di forma allungata in materiale non deformabile, si fa corrispondere lo “zero iniziale†degli altri dispositivi, al valore dello “zero iniziale†di quest’ultimo dispositivo in materiale indeformabile.