Pendoli: pendoli diretti oppure inversi sono utilizzati per misurare con accuratezza
eventuali spostamenti di grandi strutture orizzontali come dighe, ponti o altri tipologie di strutture. L’estremità superiore del filo di acciaio è ancorata alla struttura sotto osservazione, un peso sospeso nell’estremità inferiore è libero di muoversi in un serbatoio d’olio, l’olio serva a smorzare le oscillazioni del filo. Gli spostamenti relativi del filo possono essere misurati usando un lettore ottico.
Figura 11 - Pendolo diretto e rovescio80.
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Sonde inclinometriche: consentono di individuare spostamenti relativi in strutture
sotterrane o fuori terra.
Figura 12 - Inclinometro fisso da foro81.
Inclinometri: misurano la variazione di inclinazione di elementi strutturali. Il segnale in
uscita è proporzionale all’angolo di inclinazione raggiunto dallo strumento rispetto alla direzione della verticale.
Figura 13 - Inclinometro da parete82.
Strain gauges: misurano le deformazioni come un allungamento tra coppie di punti
strutturali. Ci sono due tipi di sensori comunemente usati: strain gauges a resistenza elettrica o strain gauges a corde vibranti. Sono stati sviluppati in diversi sistemi di monitoraggio anche strain gauges a fibra ottica.
80 www.agisco.it/wp-content/uploads/2014/10/Pendoli-Diritti-Rovesci-rel-3-giugno-2012.pdf 81 www.agisco.it/wp-content/uploads/2013/12/InclinometroFisso-rel-01-apr-2008.pdf 82 www.agisco.it/wp-content/uploads/2013/12/Inclinometro-Parete-rel-1-apr-2008.pdf
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Figura 14 - Strain gauges usato sull’acciaio83.
Trasduttori di spostamento (o estensimetri, nella terminologia inglese linear variable differential transformer LVDT): sono usati per descrivere lo sviluppo nel tempo di fessure
presenti nella struttura in specifiche aree accuratamente scelte per ottenere risultati significativi. Si dovrebbero inserire due estensimetri per il piano dell’elemento strutturale nel quale si possono verificare entrambe le deformazioni assiali (contrazione ed espansione nella direzione perpendicolare della fessura) e fenomeni di slittamento. Se possibile, le misure ridondanti garantiscono l’affidabilità dei risultati ottenuti.
Figura 15 - Estensimetro da parete a resistenza elettrica84.
Termocoppie (o termometri): misurano la temperatura dell’aria. Per misurare la
temperatura su specifici elementi strutturali in una specifica posizione di interesse termico sono stati sviluppati termoresistori e rilevatori di resistenza di temperatura (RDT).
Igrometri: misurano l’umidità dell’aria.
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Figura 16 - Igrometro85
Anemometri: misurano la velocità o la pressione del vento.
Figura 17 - Anemometro a coppette digitali86.
Sensori di pressione: servono per misurare la forza prodotta dalle collisioni delle molecole
di un gas contro il supporto sensibile.
Figura 18 - Trasduttore di pressione87.
85 www.pce-instruments.com/italiano 86 www.pce-instruments.com/italiano 87 www.hbm.com/it
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Celle di carico: vengono usate nel monitoraggio dei tiranti, della catene, delle chiodature,
delle bullonature, dei diaframmi, dei muri di contenimento, di carichi applicati all’esterno vincolati ad un elemento trave o sulla testa di un palo.
Figura 19 - Celle di carico88.
Celle di pressione idrauliche: vengono usate per valutare l’andamento delle tensioni nel
piano di giacitura dei maschi murari o nel terreno, man mano che variano le condizioni di carico. La cella è costituita da due lamine di acciaio saldate lungo tutto il perimetro e separate internamente da una sottile cavità che viene saturata sotto vuoto con olio disareato che garantisce la massima rigidità. Le celle di pressione idraulica sono progettate per misurare la pressione totale esercitata al contatto tra due differenti materiali o strutture, possono anche essere annegate nel terreno o nel calcestruzzo per determinare lo stato di sforzo.
Figura 20 - Celle di pressione idrauliche89.
Accelerometri: misurano le accelerazioni indotte da vibrazioni naturali oppure da forzanti
esterne. Il principio operativo dello strumento consiste nell’individuazione dell’inerzia della massa quando è soggetta ad accelerazioni.
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Gli accelerometri possono essere: i) accelerometri piezoelettrici, ii) accelerometro capacitivi e piezoresistivi, iii) accelerometri force-balance.
i) Accelerometri piezoelettrici: l’elemento attivo dell’accelerometro è del materiale piezoelettrico, il quale, su un lato, è collegato rigidamente alla base del sensore, mentre sull’altro è attaccato ad una massa sismica. Quando l’accelerometro è soggetto a vibrazioni, la forza generata da tale fenomeno agisce sull’elemento piezoelettrico. Questa forza è uguale al prodotto dell’accelerazione per la massa sismica. A causa dell’effetto piezoelettrico viene generata una carica elettrica in uscita proporzionale alla forza applicata che l’ha generata. I vantaggi di questo tipo di accelerometri sono rappresentati dl fatto che sono trasduttori attivi, per cui non necessitano di alimentazione elettrica, sono stabili e hanno un comportamento lineare sopra ampie frequenze e in campo dinamico. Hanno lo svantaggio di non poter misurare accelerazioni quasi statiche, infatti il materiale piezoelettrico genera un segnale elettrico quando viene compresso, ma se la compressione permane, il segnale generato tende a dissiparsi dopo un breve periodo, questo fenomeno è detto leakage, in seguito ad una accelerazione quasi-statica il segnale si congela per poi dissiparsi, non producendo, quindi, più alcun segnale in uscita.
Figura 21 - Schema di funzionamento di un accelerometro piezoelettrico.
ii) Accelerometri capacitivi e piezoresistivi: sono strutturati come diaframmi che agiscono come una massa che subisce flessione in presenza di accelerazioni. I sensori piezoresistivi sono composti da travi a sbalzo con una massa all’estremità libera. Gli strain gauges sono fissati alla mensola e, quando eccitati, il differenziale dei segnali di output delle deformazioni è proporzionale all’accelerazione.
Negli accelerometri capacitivi ci sono due piastre fissate nel diaframma che funzionano come due condensatori, ognuno con una propria piastra fissata e ognuno in grado di condividere il diaframma come piastra mobile.
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Figura 22 - Schema di funzionamento di un accelerometro capacitivo.
iii) Accelerometri force-balance: a differenza dei tradizionali accelerometri, il contenitore ha al suo interno una massa sospesa contrastata da una equivalente molla meccanica. Ci sono due classi di accelerometri force-balance: quelli a pendolo, che hanno una massa girevole sbilanciata con uno spostamento angolare e quelli del tipo a non-pendolo, che hanno una massa che è spostata linearmente.