misure di controllo - Circe

La tecnica topografica nei
collaudi e controlli di
grandi strutture
Caterina Balletti
14 gennaio 2002

OPERAZIONI TOPOGRAFICHE PER LAVORI DI INGEGNERIA CIVILE
Nella realizzazione di opere di ingegneria civile, il rilievo topografico interviene :
NELLA FASE DI PROGETTAZIONE
si eseguono rilievi per costruire CARTE A GRANDE SCALA su cui l’opera
verrà progettata
NELLA FASE DI COSTRUZIONE
per operazioni di tracciamento che materializzano sul terreno quelli che
saranno punti caratteristici dell’opera
Ad opera costruita, per eseguire COLLAUDI e CONTROLLI PERIODICI.

METODI TOPOGRAFICI
PER IL CONTROLLO E IL COLLAUDO DI GRANDI STRUTTURE
Servono per determinare:
spostamenti
deformazioni
inclinazioni
delle strutture
Quando si sottopone a controllo una struttura si vuole determinare re il
comportamento dei suoi punti rispetto ai punti circostanti
I punti di una struttura, per effetto di carichi e di forze generate erate da vari
fenomeni, subiscono movimenti che, in relazione a due determinati
istanti di tempo si qualificano come SPOSTAMENTI.

Gli spostamenti possono riguardare la struttura:
1. intesa come corpo rigido che si muove rispetto a punti del terreno
circostante che stimiamo fissi *
2. intesa come corpo deformabile, più o meno elastico, i cui punti
subiscono rispetto ad altri punti della struttura **
* Un bacino di carico che per effetto dei cedimenti del terreno
scivola verso valle
** le frecce di una trave sotto carico, rispetto agli appoggi
nel caso 1
nel caso 2
SI PARLA DI SPOSTAMENTI
SI PARLA DI DEFORMAZIONI

Le definizioni precedenti sono abbastanza intuitive; cerchiamo di darne altre ….
Tradurremo i termini
spostamento,
deformazione,
inclinazione
in
orizzontali
spostamenti assoluti → verticali
orizzontali
spostamenti relativi → verticali

Definizione di SPOSTAMENTO REALE
(effettivamente avvenuto)
Ci si mette nella condizione di poter definire i punti della struttura e i
punti circostanti rispetto ad un sistema di riferimento.
Un punto subisce uno spostamento reale quando varia la sua
posizione rispetto agli altri punti.

SPOSTAMENTI ASSOLUTI
Lo spostamento assoluto di un punto A, A si determina
quando cambia la posizione di A rispetto a punti che
garantiscono di non subire spostamenti reali dello
stesso ordine dei grandezza di quelli che può subire A
A
I punti che garantiscono di non subire spostamenti
reali si chiamano
CAPOSALDI
C
Dire che un punto ha subito uno spostamento assoluto è come dire che
ha subito uno spostamento reale

SPOSTAMENTI RELATIVI
Determino lo spostamento relativo di un punto A
di una struttura quando ne determino lo
spostamento rispetto a punti che possono
subire anch’essi cambiamenti di posizione.
B
A
Ci può essere spostamento relativo di A rispetto
a B:
- se
A ha subito spostamento reale e
B è rimasto fermo
- se
B ha subito spostamento reale e
A è rimasto fermo
- se entrambi i punti hanno subito
spostamento reale
C’è ambiguità.
L’ambiguità esiste perché A non è caposaldo

B
A
Bisogna prestare molta attenzione nel
valutare i risultati.
Infatti punti che denunciano spostamenti
relativi possono non aver subito
spostamenti reali.
C

tempo t 0
tempo t 1
B
A
N
C
Si definisce
spostamento
SPOSTAMENTO
ASSOLUTO
deformazione SPOSTAMENTI
RELATIVI DI UNO O
PIU’ PUNTI DI UNA
STRUTTURA
RISPETTO A PUNTI
DELLA STESSA
inclinazione
ROTAZIONI DI UN
PIANO VERTICALE
RISPETTO AD UN
ASSE ORIZZONTALE
Con questa schematizzazione viene
circoscritto il problema alla sola
determinazione di spostamenti:
ASSOLUTI RELATIVI
orizzontali verticali orizzontali verticali
B’
A’
N’
C

I metodi topografici per determinare spostamenti
sono ascrivibili a due categorie:
RELATIVI orizzontali e verticali
ASSOLUTI orizzontali e verticali
METODI PER DIFFERENZA DI COORDINATE
( O DIFFERENZA DI POSIZIONE)
METODI VARIOMETRICI

METODI PER DIFFERENZA DI COORDINATE
( O DIFFERENZA DI POSIZIONE)
Si materializzano caposaldi che diano garanzie di stabilità nel tempo.
Due di essi definiscono il sistema di riferimento (immobile nel tempo).
tempo t 0
Si eseguono operazioni topografiche per
determinare le coordinate planimetriche dei punti della
struttura da controllare.
Le quote si ottengono con una livellazione ad anello
tempo t 1
Supponiamo di aver caricato una struttura per
collaudarla. Si eseguono operazioni
topografiche per rilevare gli stessi punti e se ne
determinano le coordinate

Si valutano le differenze di coordinate
tempo t 1
tempo t 0
Differenze = X i , Y i , Q i - X i , Y i , Q i
Dalle differenze di coordinate si determinano
spostamenti, deformazioni e inclinazioni.
MISURO ANGOLI,
DISTANZE E
DISLIVELLI, in tempi
diversi
DETERMINO LE
COORDINATE, in
tempi diversi
DETERMINO GLI
SPOSTAMENTI

METODI VARIOMETRICI
SI MISURANO DIRETTAMENTE GLI SPOSTAMENTI
piattaforma che non
risente del carico P
P
A
Vogliamo determinare lo spostamento verticale di A, , per effetto del
carico P.
• t 0 dispongo la stadia in A, eseguo la lettura l 0
• t 1 carico la struttura, dispongo la stadia in A, eseguo la lettura l 1
Spostamento verticale = l 1 - l 0

METODI PER DIFFERENZA
DI POSIZIONE
MISURO ANGOLI,
DISTANZE E
DISLIVELLI
DETERMINO LE
COORDINATE
METODI
VARIOMETRICI
MISURO GLI
SPOSTAMENTI
!
DETERMINO GLI
SPOSTAMENTI
Tutte le volte che si può si adottano metodi variometrici.
Perché
•Non è necessario fissare sistemi di riferimento
•Misuro direttamente lo spostamento
•Sono tollerabili errori sistematici (costanti)
•Si consegue maggiore sensibilità con strumenti di minor costo

Operazioni topografiche
da adottare
volendo determinare ….
LIVELLAZIONE GEOMETRICA
LIVELLAZIONE TRIGONOMETRICA
LIVELLAZIONE IDROSTATICA
spostamenti verticali
TRIANGOLAZIONE
COLLIMATORE
STAZIONI TOTALI
spostamenti orizzontali

spostamenti
verticali

LIVELLAZIONE GEOMETRICA
spostamenti verticali
Si usa per tenere sotto controllo strutture come ponti, viadotti, , vasche,
ecc.
Vediamo come si procede per collaudare un ponte
pianta
battuta di livellazione
CAPOSALDO
punto da controllare
vista

attuta di livellazione
CAPOSALDO
punto da controllare
Si individuano punti che non subiranno deformazioni quando sarà
effettuato il carico, i CAPOSALDI
Si individuano i punti per il controllo e si materializzano
tempo t 0
si procede alla livellazione geometrica ciclo 0
Si carica la struttura facendo sostare su essa mezzi pesanti.
Si aspetta che la struttura si assesti
tempo t 1
si procede alla livellazione geometrica ciclo 1
Si scarica la struttura. Si aspetta l’assestamento
tempo t 2
si procede alla livellazione geometrica ciclo 2

DEFORMAZIONE SOTTO CARICO = ciclo 1 - ciclo 0
DEFORMAZIONE PERMANENTE = ciclo 2
- ciclo 0
Per queste operazioni si usano
•livelli di precisione muniti di dispositivo a lastra pianparallela,
•stadie di invar
Quando il controllo ha come oggetto edifici ,
ambienti chiusi è comodo utilizzare stadiette di
vetro.
I punti di controllo sono conformati come ganci a
cui si appendono le stadiette

PRECISIONI CONSEGUIBILI
l 1
livellazione geometrica
l 2
B
∆ AB
m q = ± 0.07 √n mm
± 0.05 √n mm ( con stadiette di vetro)
A
∆ AB = l 1 - l 2
q B = q A +∆ AB
m spostamento = m q √2 = ± 0.07 √n √2

LIVELLAZIONE TRIGONOMETRICA
spostamenti verticali
θ
d*
B
A
q A
q B =f f (R(
A ,θ,d* d*, q ) A
Si usa per tenere sotto controllo
plinti di ponti e viadotti che distano
fra loro qualche decina di metri
•la livellazione geometrica sarebbe troppo onerosa per i forti dislivelli
•le distanze brevi rendono trascurabile l’effetto della rifrazione
atmosferica
errori di distanza peraltro influiscono sulla misura dei dislivelli,
lli,
non sulla variazione
LA PRECISIONE DEL METODO E’ DI QUALCHE DECIMO DI mm

LIVELLAZIONE IDROSTATICA
spostamenti verticali
Si usa per il monitoraggio di grandi strutture.
Un esempio significativo è stato installato negli anni ‘70 nel Duomo D
di
Milano
Dighe ENEL sono monitorate con questo metodo
SI BASA SUL PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI

SUI PUNTI DA CONTROLLARE SONO POSTI STABILMENTE BICCHIERI
GRADUATI COLLEGATI FRA LORO MEDIANTE UN IMPIANTO DI
TUBAZIONI.
Le misure si effettuano leggendo, rispetto alla graduazione, il livello del
liquidi contenuto nell’impianto .

2
1
4
1 punto da controllare
2 livella sferica
7
5
9
3
8
3 indice di graduazione
4 graduazione delle frazioni di mm
10
5 contatto strisciante
6 rubinetto di chiusura
7 ugello per regolare la pressione
6
8 bottone la cui rotazione, trasmessa da 9,
provoca la traslazione dell’asta 10 e dell’indice 3
connesso.

9
8
6
7
4
5
3
2
1
sensibilità
pochi centesimi di mm
non è necessario personale qualificato
impianti di facile automazione e trasmissione dati
costi dell’impianto significativi

spostamenti orizzontali

TRIANGOLAZIONE
spostamenti orizzontali
Si applica lo schema della triangolazione classica al controllo delle
strutture
Si costruisce una rete di caposaldi
Si posizionano basette di controllo
sulla struttura.
Base per il centramento forzato dei segnali sulla diga

Si collimano dai punti noti i
punti controllati e viceversa,
secondo l’accessibilità
Si eseguono cicli di misure in
tempi diversi
ciclo 0 , ciclo 1 ... ciclo n
Ad ogni ciclo di misure determinano le coordinate dei punti controllati
Si verifica la differenza di posizione
Si verifica sempre
ciclo n - ciclo n-1
ciclo n - ciclo 0

COLLIMATORE
spostamenti orizzontali
PRINCIPIO
•Realizzare una mira fissa fra due punti CAPOSALDI
•Su uno si mette il collimatore, sull’altro il segnale
Mira fissa
sull’altro
Collimatore su
un caposaldo
Mira mobile sui
punti da
controllare

Come sono le mire mobili
sensibilità ±0.1 mm
precisione 10 -3
Come avvengono le misure

Viene utilizzato principalmente per dighe a gravità.
Per dighe ad arco è necessario istituire un maggior numero di linee di
mire fisse.

PENDOLI
spostamenti orizzontali
filo di acciaio armonico ancorato ad un
punto A
coordinatometro
A
peso
recipiente di liquido per smorzare le
oscillazioni
Si leggono le coordinate del filo al tempo 0
e al tempo 1
Determino lo spostamento relativo fra il punto di attacco della squadra
e il punto di attacco del coordinatometro

PENDOLI OTTICI - COLLIMATORE VERTICALE
spostamenti orizzontali
mira
collimatore
mira

LIVELLO ZENIT - NADIR
sensibilità 0,01 mm
Lamina di testa
obiettivo
Lente messa a fuoco
reticolo
Prisma di
riflessione
oculare
Prisma
compensatore
sospeso

Fili a Piombo
Nastro invar
precisione 0,1 mm
precisione 0,02 mm

Sistemi automatici centralizzati per
l’acquisizione in continuo
Controllo temperatura, pressione e livelli della
falda freatica
Realizzati da:
•termometri elettrici,
•sonde elettriche,
•idrometrografi
registratori
per il rilevamento della falda
entro pozzi o tubi piezometrici

Controllo geodetico delle dighe
Per una analisi della dinamica
del comportamento statico
della struttura al variare degli
sforzi agenti
Vengono effettuati sia in fase di
realizzazione che di esercizio,
mediante sistemi di rilevamento
continuo e operazioni geodetiche
a carattere discreto nel tempo

Controllo geodetico delle dighe
Possono localizzarsi effetti dovuti a:
• peso proprio
• spinta idrostatica
• temperatura
• ritiro e rigonfiamento del
calcestruzzo
• scorrimento plastico
oltre agli spostamenti di tutta la
superficie del paramento a valle
‣Teodoliti di alta precisione
‣Livelli di alta precisione
‣Fili e nastri invar
‣Allineatori
‣Inclinometri
‣Estensimetri
‣Fili a piombo

Controllo geodetico delle dighe

Controllo geodetico delle dighe

STAZIONI TOTALI
spostamenti orizzontali
Controllo strutturale
mediante
intersezioni multiple
dirette e simultanee
realizzate con
teodoliti a
registrazione
automatica collegati
ad un sistema di
elaborazione
portatile

spostamenti
operazioni topografiche
precisione
mm
verticali
* livellazione geometrica ±0.07√2√n
* livellazione trigonometrica ±0.2 - 0.5
* livellazione idrostatica ±0.05
orizzontali
* triangolazione ±0.2 - 0.5
* collimatore ±0.1
* pendoli ±0.1
* stazioni totali ±0.2 - 0.5
* metodo per differenza di posizione
* metodo variometrico