Quando la terra trema

Dopo un evento tragico come il sisma in Abruzzo, è istintivo cercare una spiegazione all’ineluttabile. Lo abbiamo fatto anche noi imbattendoci in una realtà di straordinaria eccellenza tecnologica, attiva nei sistemi di gestione applicati alla ricerca sismologica

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Valeria De Domenico

Settembre 2009 – Esiste una branca dell’automazione poco nota che si occupa di sistemi di gestione applicati alla ricerca sismologica. Uno dei più grandi centri di ricerca e formazione in questo campo, sicuramente il più recente e importante in Europa, è l’Eucentre che si trova a Pavia. Eucentre è una Fondazione creata dal Dipartimento della Protezione Civile, dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, dall’Università degli Studi di Pavia e dall’Istituto Universitario di Studi Superiori di Pavia, con il fine di promuovere, sostenere e curare la formazione e la ricerca nel campo della riduzione del rischio sismico. Per adempiere ai propri compiti, conducendo prove sperimentali statiche e dinamiche su prototipi in scala 1:1, Eucentre si è dotato di un’apposita struttura: il Trees Lab (Laboratory for Training and Research in Earthquake Engineering and Seismology). Un gioiello di tecnologia che sorge al Cravino, in una zona di Pavia, dove solo sei anni fa si estendeva un placido prato erboso. Ce ne ha parlato con giustificato orgoglio Alberto Pavese, responsabile del gruppo di ricercatori che ha sviluppato gran parte della tecnologia utilizzata. “Il laboratorio è dotato di quattro strutture di prova: una tavola vibrante monoassiale, necessaria per testare edifici e componenti architettonici, la pressa dinamica (Bearing Tester System) che tipicamente si utilizza per le prove sismiche sugli isolatori dei ponti, ovvero quei componenti che servono per ridurre gli effetti del sisma sulle strutture, un sistema biassiale (Strong Floor-Reaction Walls System) per le prove pseudo statiche e pseudo dinamiche, e un’unità mobile per le valutazioni degli edifici sul campo, utilizzata anche nel recente terremoto in Abruzzo”.

Ci sembra di capire che la tavola vibrante costituisca il fulcro del sistema
Lo è. Si tratta della più grande in Europa nel suo genere ed è realizzata allo stato dell’arte. Ha una superficie di 40 m2, è in grado di portare edifici di 140 t e può simulare fino al 99% dei terremoti che si sono verificati nella storia.

Chi l’ha realizzata e quali sono le sue caratteristiche tecniche?
Il progetto è stato seguito da un gruppo di ingegneri di Eucentre, guidato dal sottoscritto, in collaborazione con Mts Systems Corporation, che è il leader mondiale nel settore della simulazione sismica. Preziosa è stata la collaborazione di una serie di aziende meccaniche dell’hinterland pavese che hanno costruito la struttura d’acciaio che costituisce la tavola vibrante. Hydros Pavia si è invece occupata del circuito idraulico. La tavola viene mossa da un attuatore idraulico da 210 t di forza e oltre 6 g di accelerazione. La tecnologia è simile a quella utilizzata per alzare e abbassare i carrelli e gli alettoni degli aerei. Questi attuatori funzionano grazie a un fluido in pressione che si sposta all’interno delle camere dei cilindri e quindi provoca il movimento dello stelo, che a sua volta provoca il movimento della tavola. L’impianto idraulico in questione è imponente: si parla di un serbatoio della capacità di 6.000 l, una rete di distribuzione ad anello in acciaio inox con linea di mandata da 5” e di ritorno da 4”, 8 pompe, 10 accumulatori, potenza elettrica istallata di circa 1,2 MW, portata erogata per le prove pseudodinamiche di 1.360 l al minuto a 210 bar, portata istantanea erogata per un test dinamico sulla tavola vibrante o sulla pressa di 27.000 l al minuto a 280 bar.
Collegato senza snodi alla tavola sismica, l’attuatore idraulico è un altro oggetto ragguardevole per la capacità statica/dinamica ed è stato progettato e realizzato da Mts Systems Corporation, che progetta e produce anche le servovalvole a molti stadi, di grande flusso: l’attuatore della tavola di Pavia utilizza due servovalvole da 3.000 l al minuto l’una.

Cosa ci dice del sistema di controllo?
La tavola vibrante è gestita da un sistema di controllo il cui cuore è un algoritmo che è la traduzione in linguaggio di programmazione di un modello matematico che rappresenta il sistema fisico di simulazione. Il software di controllo è stato realizzato ad hoc per questo sistema in parte dal mio gruppo, in parte da Mts e riesce a riprodurre fedelmente le funzioni richieste in real-time. Questo risultato si ottiene anche grazie al meticoloso lavoro di preparazione e calibrazione del sistema che contribuisce a ridurre fortemente i disturbi di tipo fisico, meccanico e idraulico sulla prestazione finale. In questo modo gli accelerogrammi simulati durante le prove riproducono fedelmente sul prototipo oggetto dello studio quello che è accaduto durante eventi sismici reali. L’hardware e il software di controllo, il Digital Controller Mts 469D, gestiscono la prova attraverso una continua interazione con i sensori applicati alla tavola. Il controller riesce a verificare il suo movimento secondo l’accelerazione richiesta dall’operatore, simulando così gli accelerogrammi dei più rovinosi terremoti verificatisi negli anni. Questo sistema applica tecniche di controllo del movimento molto raffinate (Three-Variable Control o Tvc: displacement, velocity and acceleration) che integrano anche algoritmi di filtraggio e adattamento per una riproduzione fedele dei movimenti della tavola; garantisce un facile swap dell’hardware in caso di fallimento e consente di recuperare automaticamente una certa configurazione nel momento in cui si ripresentano condizioni di test simili. L’architettura hardware di controllo si basa su tecnologia Dsp.

Infine, la gestione dati: quali risultati avete ottenuto in questo ambito?
I protocolli di comunicazione sono custom designed sviluppati sempre all’interno del mio gruppo di ricerca. Basandoci sul framework LabView di National Instruments, abbiamo sviluppato un sistema nel quale i dati di tutte le prove del laboratorio, sulla tavola, sulla pressa e sulle altre apparecchiature, sono raccolti in un unico database centralizzato. Il sistema impiega un controller Pxi e un multiplexer Scxi provvisto di potenziometri, accelerometri, strain gauge e sistemi ottici ad alta definizione. La cosa interessante è che tramite la tecnologia che stiamo sviluppando, in un prossimo futuro sarà possibile collegarsi al sito web del laboratorio e seguire le prove, non solo guardando le immagini riprese dalle telecamere montate in laboratorio e ascoltando i rumori dell’ambiente, ma consultando in real-time i grafici dei parametri che sono acquisiti dal sistema. Si chiama ‘telepresence’ ed è il metodo attraverso il quale, presto, diventerà più semplice distribuire alla comunità scientifica i risultati della ricerca.

Quando la terra trema
- Ultima modifica: 2009-10-02T15:52:18+02:00
da Miti Della Mura
Quando la terra trema - Ultima modifica: 2009-10-02T15:52:18+02:00 da Miti Della Mura

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