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Sep 26, 2023

Tecniche di monitoraggio temporaneo della forza dei cavi durante la costruzione del ponte

Scientific Reports volume 12, Numero articolo: 7689 (2022) Cita questo articolo 1749 Accessi 3 Citazioni Dettagli metriche Questo articolo tratta l'analisi comparativa del monitoraggio della forza dei cavi attuali

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 7689 (2022) Citare questo articolo

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Questo articolo tratta l'analisi comparativa delle attuali tecniche di monitoraggio della forza dei cavi. Inoltre, è inclusa l'esperienza di tre tecniche di monitoraggio delle sollecitazioni dei cavi durante la fase di costruzione: (a) l'installazione di celle di carico sugli ancoraggi attivi dei cavi, (b) l'installazione di estensimetri unidirezionali e (c) la valutazione delle sollecitazioni nei cavi applicando la tecnica della corda vibrante mediante l'installazione di accelerometri. I principali vantaggi e svantaggi di ciascuna tecnica analizzata sono evidenziati nel contesto del processo di costruzione del viadotto del Tajo, uno dei viadotti più singolari recentemente costruiti in Spagna.

Una delle soluzioni proposte dagli ingegneri civili per superare le grandi luci è quella di utilizzare ponti strallati o sospesi. La componente critica di queste strutture risiede nella vulnerabilità dei cavi a problemi o danni associati alla fatica e/o alla corrosione1 causati da carichi dinamici come carichi di traffico ciclico, carichi di vento e altri carichi operativi nonché effetti ambientali2. I Sistemi di Monitoraggio della Salute Strutturale (SHMS) sono uno strumento molto utile per la manutenzione delle strutture. Una delle fasi principali della progettazione SHMS è identificare i parametri che definiscono il comportamento delle strutture3,4. I cavi di sospensione temporanea per la fase costruttiva presentano le stesse problematiche ed è proprio a questa fase che l'articolo approfondisce.

Il parametro più importante per la valutazione delle sollecitazioni, dei danni da fatica e da corrosione dei cavi in ​​servizio è la registrazione storica delle sollecitazioni assiali nel tempo di questi elementi strutturali. Questo parametro è stato riconosciuto come un utile indicatore del danneggiamento in base alle condizioni di sicurezza dei cavi di strallo e anche dei cavi sospesi nei ponti5, e il monitoraggio in tempo reale di questo indicatore è diventato essenziale per la valutazione del possibile danno da fatica in questi elementi strutturali. Per questo motivo, il monitoraggio e la valutazione delle prestazioni strutturali sono diventati una pratica standard per garantire la sicurezza e la durabilità delle strutture strallate o sospese6,7,8,9.

Per diagnosticare lo stato di sicurezza dei cavi strallati nei ponti9 vengono utilizzati diversi tipi di test non distruttivi, come i test a ultrasuoni, la tecnica di rilevamento delle perdite di flusso magnetico10 o i raggi X. Sebbene efficaci, queste tecniche sono più adatte per la valutazione dei soggiorni fuori servizio.

Da un lato, sono stati sviluppati vari dispositivi per la misurazione diretta della deformazione nei cavi dei ponti, come celle di carico9,10,11,12,13,14,15, sensori a reticolo di Bragg in fibra ottica16 o sensori di deformazione elastomagnetici17,18.

Questi sensori sono in grado, grazie alle loro specifiche tecnologie, di determinare con precisione le sollecitazioni subite dal cavo e, se collegati ad un sistema di monitoraggio strutturale (SMS), è possibile creare una registrazione storica a lungo termine anche delle sollecitazioni del cavo. per accedere a questi dati in tempo reale da qualsiasi postazione remota.

D'altra parte, la metodologia indiretta più comune per la valutazione rapida delle sollecitazioni dei cavi dei ponti è la tecnica del filo vibrante. Questo metodo si basa sulla relazione tra lo sforzo del cavo e la sua frequenza di vibrazione, che può essere correttamente individuata dalla registrazione delle accelerazioni durante la vibrazione libera dei cavi sospesi19,20,21,22,23,24. L'applicazione di questo metodo richiede l'uso di tecniche di decomposizione spettrale che consentono una determinazione in tempo reale delle sollecitazioni nei cavi di sospensione nei ponti identificando le frequenze di vibrazione durante un regime di vibrazioni libere25,26,27,28,29,30, 31.

Esistono molti tipi di sensori per ciascuna delle tecniche di misurazione32,33,34,35.

I sensori elettronici trasformano la misura (parametro da misurare) in una variazione di tensione, corrente, resistenza, capacità o induttanza. I sensori elettrici sono disponibili in molte varietà e spesso sono molto semplici da interfacciare con qualsiasi sistema di registrazione dati. Gli esempi includono sensori di spostamento con potenziometro, estensimetri resistivi, celle di carico, tiltmetri MEMS36 e sensori piezoelettrici. I sensori elettrici sono spesso relativamente economici ma possono essere soggetti a deriva e possono essere influenzati o danneggiati da disturbi elettromagnetici come le linee elettriche.