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Come l’olografia digitale può servire a misurare della vulnerabilità delle grandi strutture

Una tecnica sviluppata da Ino-Cnr e Dst dell'Università di Firenze si affida all'olografia digitale per determinare lo stato di salute dei grandi edifici urbani. Abbiamo intervistato i protagonisti della ricerca

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I ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (INO-CNR) di Firenze e del Dipartimento di Scienze della Terra (DST) dell’Università di Firenze hanno sviluppato una tecnica innovativa, basata sull’olografia digitale nel medio infrarosso, per determinare lo stato di salute dei grandi edifici urbani e ottenere informazioni importanti sulle possibili risposte di queste strutture in caso di eventi sismici o di intense attività quali il traffico pesante o la costruzione di tunnel sotterranei.

Sul tema abbiamo intervistato Massimiliano Locatelli ed Eugenio Pugliese. Locatelli, dell’Istituto Nazionale di Ottica di Firenze INO-CNR, lavora, in particolare, allo sviluppo di tecniche di imaging ed olografia digitale nel Medio IR e nel THz e alla loro applicazione in campo industriale, biomedico, dei beni culturali e della sicurezza ambientale. Pugliese é stato Assegnista di Ricerca presso l’Università di Firenze con un progetto dal titolo ‘Sviluppo di tecniche olografiche per lo studio delle risposte sismiche degli edifici’.

Su quali elementi si fonda questo metodo?
L’olografia digitale è una tecnica che consente di ricostruire l’immagine di un oggetto in ampiezza e fase: l’immagine d’ampiezza è assimilabile ad una fotografia in bianco e nero dell’oggetto osservato, l’immagine di fase fornisce invece informazioni sugli spostamenti e sulle deformazioni dell’oggetto stesso”, spiega Massimiliano Locatelli dell’INO-CNR. “Utilizzando sorgenti laser nel medio infrarosso, come nella tecnica presentata, è possibile monitorare strutture di grandi dimensioni poste a distanze anche di diverse decine di metri. In particolare, a partire da una sequenza di ologrammi di un edificio, è possibile ricostruire numericamente le corrispondenti immagini di fase e seguire così l’evoluzione temporale degli spostamenti della superfici investigata, determinando ampiezza e frequenza delle oscillazioni”.

Quali sono le caratteristiche che deve avere una costruzione per essere applicato il medoto di olografia digitale?
Il prototipo testato è in grado di monitorare oscillazioni con ampiezza minima pari a circa un decimo di micron e frequenza inferiori a 10 Hz e in questo range rientrano le oscillazioni tipiche della maggior parte degli edifici urbani. Un’ulteriore fase di ricerca e approfondimento ci permetterebbe di comprendere le reali potenzialità della tecnica aprendo le porte allo studio di altre categorie di strutture”.

Quali sono le peculiarità e i limiti del metodo?
Attualmente per ricavare i modi di oscillazione di un edificio si ricorre al metodo sismometrico che prevede il posizionamento di un certo numero di sismometri in punti strategici della struttura. Il metodo olografico permette di ottenere le stesse informazioni senza accedere alla struttura e questo implica un notevole risparmio in termini di tempo e di risorse umane. Con la tecnica olografica si può dunque realmente pensare ad un monitoraggio a tappeto degli edifici presenti in zone ad elevato rischio sismico. Oltretutto, il metodo che abbiamo sviluppato permette di ottenere una mappa delle deformazioni e degli spostamenti di superfici estese dell’edificio. Attualmente disponiamo di un prototipo con cui abbiamo effettuato le prove su campo e i limiti del sistema sono legati principalmente alle caratteristiche del laser e del sensore a nostra disposizione: l’utilizzo di una sorgente più potente, ad esempio, potrebbe permetterebbe il monitoraggio simultaneo di tutta la superficie della struttura, l’utilizzo di rivelatori più sensibili e veloci permetterebbe invece di aumentare la distanza di osservazione e di monitorare strutture con frequenze di oscillazione più alte. Certamente si tratta di una tecnologia molto recente che necessita quindi di ulteriori approfondimenti e validazioni nonché dell’appoggio di un partner industriale per arrivare ad un dispositivo certificato e commercializzabile”.

Quali applicazioni potrebbero essere effettuate in una fase pre o post sismica?
Le informazioni ricavate con questa tecnica sono di grande importanza perché, inserite negli opportuni modelli strutturali, permettono di prevedere la risposta dinamica della struttura ad una sollecitazione esterna e di individuare eventuali vulnerabilità legate a carenze costruttive o alla presenza di lesioni più o meno evidenti. Questa tecnologia è dunque indicata principalmente nella fase di prevenzione tuttavia può essere utilizzata anche nelle fasi successive ad un evento sismico per determinare quali degli edifici sopravvissuti siano da considerarsi realmente sicuri”.

Il metodo può essere impiegato, ad esempio, su una costruzione posta su un versante instabile?
Certamente, la tecnica può essere di aiuto in tutti quei casi in cui sia necessaria una verifica sperimentale della vulnerabilità di una struttura e si voglia conoscere la sua risposta dinamica a sollecitazioni esterne, siano esse di natura ambientale (terremoti, instabilità dei terreni di costruzione, esposizione agli agenti atmosferici) siano esse legate all’attività umana (ad esempio costruzione di tunnel sotterranei, traffico pesante)”.

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