La Calabria è una regione sismica, soggetta a terremoti. Data la sua importanza storica e culturale, è essenziale monitorare il Duomo per proteggerlo da danni causati da eventi sismici. I sistemi di monitoraggio possono rilevare movimenti del terreno e vibrazioni che potrebbero indicare rischi di danni strutturali durante un terremoto. L’analisi modale fornisce invece un quadro dinamico della risposta strutturale alle vibrazioni.

The Cathedral of Crotone dates back to 1686, as attested by a marble church plaque dedicated to the Blessed Virgin Mary. It is a significant cultural and historical heritage structure. It is necessary to constantly analyze the structural integrity to preserve and conserve this monument for future generations.

Il Duomo - Un pò di storia

Il Duomo di Crotone, noto anche come la Cattedrale di Santa Maria Assunta, è uno dei principali luoghi di culto della città di Crotone, situata nella regione Calabria, Italia.

La storia del Duomo di Crotone risale al XII secolo, quando fu costruita una chiesa romanica sul sito dell'odierna cattedrale. Nel corso dei secoli, la struttura è stata oggetto di diverse trasformazioni ed ampliamenti. Nel XVI secolo, durante il periodo della dominazione spagnola, la chiesa subì importanti modifiche in stile rinascimentale, che conferirono all'edificio l'aspetto attuale.

Uno degli eventi più significativi nella storia del Duomo di Crotone è stato il terremoto del 1638, che causò danni considerevoli alla struttura. Successivamente, furono avviati lavori di ricostruzione e restauro, che portarono ad ulteriori modifiche architettoniche.

L'interno della cattedrale presenta una pianta a croce latina, con una navata centrale e due navate laterali. L'altare maggiore è decorato con opere d'arte di grande pregio, tra cui dipinti e sculture di artisti locali e di scuola napoletana.

Nel corso dei secoli, il Duomo di Crotone ha subito varie trasformazioni stilistiche e architettoniche, risultato dei diversi periodi storici che hanno caratterizzato la città e la regione che lo ospitano. Oggi, la cattedrale rappresenta non solo un importante luogo di culto per i fedeli, ma anche una testimonianza tangibile della ricca storia e cultura della città di Crotone.

I Partner

Questo progetto è stato curato dalla 2MG S.r.l. e dalla Co.Ma.Te.C. S.r.l, aziende italiane che offrono servizi e consulenza di ingegneria strutturale.

• 2MG S.r.l. offre servizi di ingegneria strutturale e geologica. Danno supporto per lo sviluppo, l'implementazione e l'integrazione di tali attività. La sua attività comprende la progettazione, l'installazione e realizzazione di sistemi di monitoraggio per la misura di parametri fisici e ambientali. Si occupa inoltre di diagnostica strutturale, verifiche normative e sperimentali, servizi di geologia e indagini geodiagnostiche.

• Co.Ma.Te.C. S.r.l è una società di consulenza di ingegneria civile ed ambientale. Nasce dall'esperienza decennale acquisita dai suoi fondatori nella diagnostica strutturale, prove di carico, prove in cantiere e progettazione. Oggi l'azienda offre supporto tecnico ad enti pubblici, imprese e professionisti del settore metalmeccanico. Sono esperti nella determinazione delle caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali, dei terreni e nel supportare i processi di analisi e verifica. 

Il sistema di acquisizione dati

L’impianto di acquisizione è stato progettato con lo scopo di svolgere un'analisi modale del Duomo. Questo ha portato le parti attive a fare considerazioni specifiche per garantire risultati accurati e significativi, anche nel benessere della figura storica rappresentata dall’architettura in questione.

Per svolgere un progetto di questo stampo è essenziale scegliere i sensori appropriati per raccogliere dati sul comportamento dinamico della struttura. Vengono comunemente utilizzati gli accelerometri, che misurano l'accelerazione in risposta a vibrazioni e movimenti della struttura.

Possono essere posizionati strategicamente su diversi punti critici del Duomo per catturare le modalità di vibrazione più significative. Il punto di installazione dev’essere identificato in modo da garantire una copertura completa della struttura e catturare le modalità di vibrazione dominanti in tutte le direzioni. Spesso il fattore architettonico rende tale processo più ostico poiché richiede un'attenzione particolare alle superfici che si vanno a coprire con la strumentazione d’analisi al fine di preservarne il fattore storico-culturale.

Sono diverse le ragioni per le quali è importante avere una fotografia temporale del comportamento dinamico del Duomo.

Valutazione della stabilità strutturale

L'analisi modale fornisce informazioni cruciali sulla risposta dinamica della struttura a carichi esterni, come vento o sismi. Questi dati possono essere utilizzati per valutare la stabilità strutturale ed identificare eventuali problemi o rischi di cedimento.

Progettazione e manutenzione

Comprendere le modalità di vibrazione naturali della struttura è fondamentale per la progettazione di misure di rinforzo o miglioramento della stabilità. Inoltre, monitorare nel tempo il comportamento dinamico della struttura consente di identificare precocemente eventuali deterioramenti o anomalie che richiedono interventi di manutenzione.

Sicurezza pubblica

Una conoscenza approfondita del comportamento dinamico del Duomo consente di garantire la sicurezza del pubblico che visita la struttura. Identificare e mitigare i rischi associati ad eventuali problemi strutturali contribuisce a proteggere la sicurezza e il benessere delle persone.

Acquisire informazioni sul comportamento dinamico di una struttura attraverso un'analisi modale è essenziale per valutare la sua stabilità, progettare interventi di miglioramento e garantire la sicurezza pubblica. Un sistema di acquisizione ben progettato e una corretta analisi dei dati forniscono informazioni preziose per la gestione e la conservazione delle strutture storiche e monumentali.

La soluzione di misura

Il sistema utilizzato per l’acquisizione dei dati era così composto:

1. 16x Dewesoft IOLITEiw-3xMEMS-ACC-INC: Dispositivo di condizionamento del segnale con accelerometro integrato di tipo MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) con funzione di inclinometro biassiale integrata (pitch e roll).

2. 2x Dewesoft IOLITE-POWER-INJECTOR: un PoE passivo per l'alimentazione dei dispositivi IOLITE 3xMEMS.

3. DewesoftX Data Acquisition software.

4. Dewesoft Artemis OMA: Software di elaborazione per l'analisi modale.

I sensori installati sono Dewesoft IOLITEi-3xMEMS-ACC-INC. Questo dispositivo per l'acquisizione dati ha un accelerometro MEMS integrato a basso rumore. È stato progettato per monitorare la salute strutturale di opere civili immense come ponti, edifici, antenne, stadi, grandi macchine, ecc.

Gli IOLITE 3xMEMS-ACC-INC sono dispositivi per l'acquisizione dati integrati per la misura di vibrazioni, inclinazione, velocità, spostamento, beccheggio e rollio. All'interno dei dispositivi, un accelerometro MEMS triassiale integrato misura l'accelerazione. L'accelerometro è vicolato saldamente al telaio meccanico. Grazie ad un accurato processo di taratura (calibration), vengono compensate le misure al variare della temperatura ambientale al fine di restituire dei vali inclinometrici stabili nel tempo.

Il dispositivo fornisce un segnale già digitalizzato, caratteristica che elimina i disturbi presenti nel cablaggio analogico causati da disturbi elettromagnetici. Le lunghe distanze, l'elevata precisione del processo di trasmissione e l'alto livello di sincronizzazione (1us) non sono più un problema, ottimizzando anche il tempo di installazione e le risorse finanziarie.

Oltre alla possibilità di misurare la temperatura ambientale, un sensore di temperatura interno al dispositivo misura la temperatura dell'accelerometro MEMS. DewesoftX visualizza queste letture come canale di monitoraggio del sistema. I valori vengono aggiornati una volta al secondo.

I file dati di Dewesoft (DXD) sono direttamente esportabili nel software Dewesoft ARTeMIS OMA per eseguire l'analisi modale. Con il software Dewesoft ARTeMIS OMA è possibile stimare i parametri modali completi per le strutture in fase di collaudo o già operativi di cui sono stati acquisiti i valori accellerometrici. I parametri modali sono le forme di modo, le frequenze naturali (risonanza) ed i rapporti di smorzamento.

Il software supporta la stima delle frequenze naturali, dei rapporti di smorzamento, la stima e l'animazione delle forme modali.

Ciò rende possibile tracciare le variazioni nel comportamento dinamico della struttura durante il flusso temporale. Partendo da zero con l'analisi delle vibrazioni della struttura e terminando con le forme modali, possiamo osservare la degenerazione del materiale in termini di risposta alle vibrazioni della struttura!

La fase di installazione.

Per svolgere l'installazioni in quota in modo sicuro ed efficiente è stato utilizzato un mezzo PLE (piattaforme di lavoro elevabili). Questi mezzi offrono diversi vantaggi e sono ampiamente utilizzati in diversi settori, tra cui l'edilizia, la manutenzione industriale e la manutenzione delle infrastrutture.

L'utilità dei mezzi PLE per le installazioni in quota risiede in diversi motivi:

• Accesso sicuro: Questi mezzi consentono agli operatori di accedere a punti elevati in modo sicuro, riducendo il rischio di cadute e incidenti sul lavoro.

• Efficienza lavorativa: Le piattaforme di lavoro offrono una base stabile ed una ampia gamma di movimenti, consentendo agli operatori di completare le attività in quota in modo rapido ed efficiente.

• Flessibilità: I diversi tipi di mezzi ple offrono una vasta gamma di opzioni per adattarsi alle esigenze specifiche del lavoro, inclusi accesso a spazi ristretti, altezze elevate o lavori su terreni accidentati.

• Versatilità: Versatilità: I mezzi ple possono essere utilizzati in una varietà di settori e applicazioni, dalla manutenzione degli edifici alla costruzione, alla manutenzione delle linee elettriche e altro ancora.

I Risultati

I punti di misura e la tipologia dei moduli scelta per l'analisi modale hanno reso molto difficile l’estrapolazione dei dati. Il comportamento poco omogeneo della struttura in muratura ha fatto sì che il diagramma spettrale risultasse molto scarno di informazioni. Tre sono le frequenze di risonanza identificate. La prima è correlata ad un comportamento traslazionale della struttura, la seconda coinvolge un elemento strutturale, mentre la terza è relativa al movimento della cupola nella parte superiore.

Osserva i diagrammi spettrali per le bande di frequenza interessate nelle Figure 11a ed 11b.

I modi di vibrazione riprodotti tramite il software Dewesoft Artemis OMA sono le seguenti:

Conclusioni

L'analisi modale si rivela uno strumento essenziale per comprendere il comportamento dinamico delle strutture nel settore civile. Identificando i modi di vibrazione naturali, questa metodologia fornisce informazioni preziose per valutare la stabilità strutturale, progettare interventi di miglioramento e garantire la sicurezza pubblica. Il continuo sviluppo di tecniche avanzate di analisi ed acquisizione dati promette di rendere l'analisi modale ancora più efficace nel supportare la gestione e la conservazione delle nostre infrastrutture, contribuendo così a un mondo più sicuro e resiliente.

Una strumentazione accurata è fondamentale per l'analisi modale. Garantisce che i dati raccolti siano affidabili e rappresentativi del comportamento dinamico della struttura. Gli accelerometri e gli altri sensori devono essere sensibili per rilevare anche i modi di vibrazione più sottili. La strumentazione deve campionare i dati alle frequenze appropriate per catturare le vibrazioni rilevanti e valutare lo smorzamento della struttura. 

I dati devono essere comparabili e validati con modelli teorici o simulazioni numeriche. Investire in strumentazione di alta qualità è essenziale per una comprensione approfondita e affidabile del comportamento dinamico delle strutture.

Ringraziamenti

Un sentito ringraziamento per il materiale fornito a:

• Ing. Gianfranco Fiondella (2MG S.r.l.)

• Ing. Enrico Ruggiero (2MG S.r.l.)

• Ing. Raffaele Mastroianni (Co.Ma.Te.C. S.r.l.)