Il monitoraggio strutturale contro l'erosione costiera
Rifiuti spiaggiati ed erosione costiera – l’intera costa mediterranea è colpita da due grossi problemi. Attraverso un ciclo di riciclaggio smart il cui risultato viene sfruttato per proteggere le coste, il progetto Eco-Smart Breakwater trasforma il problema in una nuova occasione. Un passaggio importante in questo ciclo spetta ad HBM: la misurazione e il monitoraggio delle condizioni strutturali essenziali.
Il progetto ECO-SMART BREAKWATER
Uso dei rifiuti spiaggiati per la protezione dell’ambiente marino. Un’idea che sembrava contraddittoria si è trasformata in una soluzione efficace dal punto di vista ambientale, economico e tecnologico, attraverso il progetto ECO-SMART BREAKWATER.
L’aspetto "eco" di questo progetto è il processo di riciclaggio. Un aggregato ricavato dal lavoro di costruzione e demolizione e la fibra ottenuta dai rifiuti spiaggiati di posidonia oceanica sono stati trasformati in elementi di una mantellata di frangiflutti. L’habitat marino, ovvero l’ecosistema stesso da cui sono ricavati, è anche destinatario dei vantaggi presentati da questi elementi.
La parte "smart" della soluzione comprende gli strumenti, ovvero i sensori ottici HBM, che garantiscono il monitoraggio dei parametri strutturali e dell’ambiente marino. I segnali sono acquisiti ed elaborati in tempo reale da una stazione remota.
Perché il monitoraggio strutturale? Per monitorare, controllare e gestire i rischi strutturali in tempo reale. Le informazioni sullo stato di trazione degli elementi frangiflutti è fondamentale, in quanto le sollecitazioni in trazione all’interno di questi elementi possono indurre, in condizioni estreme, la frattura, che potrebbe compromettere la stabilità dell’intero sistema di frangiflutti.
Problema
La costa della Puglia affronta il problema dei rifiuti spiaggiati e dell’erosione costiera.
Soluzione
Riciclando rifiuti spiaggiati e utilizzando come elementi frangiflutti i cubi ricavati, la costa pugliese è protetta dall’erosione. I sensori ottici HBM misurano e monitorano le condizioni ambientali e forniscono informazioni importanti sullo stato di trazione degli elementi usati.
Risultati
Con questa soluzione, il progetto Eco-Smart Breakwater trasforma il problema dei rifiuti costieri spiaggiati in una nuova occasione per proteggere la costa dall'avanzamento dell’erosione. I sensori ottici HBM e un sistema di monitoraggio strutturale sono parte della soluzione, in quanto le loro molteplici funzionalità mantengono i costi al minimo.
Per soddisfare tutte le esigenze di monitoraggio: sensori ottici HBM
Per scegliere il tipo di sensore da usare per ogni categoria di parametri da monitorare (meccanici, idrodinamici e biologici), sono state prese in considerazione una o più proposte (meccanici, idrodinamici e biologici), in modo tra trovare una soluzione che potesse trattare tutti i parametri necessari contenendo i costi generali.
La soluzione più versatile, performante ed economica si è rivelata essere l’uso di sensori con reticolo in fibra di Bragg HBM (serie FS), abbinati a un interrogatore FS22 BraggMETER come sistema di acquisizione.
I sensori impiegati sono sensori di deformazione (FS62), sensori di temperatura (FS63) e accelerometri (FS65). I sensori con reticolo in fibra di Bragg (FBG) sono stati scelti in quanto possono essere usati per monitorare parametri sia strutturali (deformazione e vibrazioni) che ambientali (temperatura). I sensori collegati tra loro sono stati configurati in una catena che poi a sua volta è stata collegata all’interrogatore ottico.
Convalida: esame approfondito sull’idoneità dei sensori
Prima di essere installati sull’elemento frangiflutto in dimensioni reali, i sensori in fibra ottica HBM sono stati convalidati dal team dell’Unità Ingegneria civile resiliente e sostenibile del centro CETMA di Brindisi in collaborazione con Skema srl. Per garantire un funzionamento corretto dei sensori, sono stati prima testati su un prototipo in piccoli test fisici di laboratorio.
Per dimostrare la coerenza tra i risultati del sensore FBG con i sensori convenzionali, è stato fatto un confronto: 1. La risposta del sensore HBM FBG, integrato in un cilindro di calcestruzzo per una prova di compressione ciclica con carichi tra 1 e 5 MPa, con: 2. La risposta degli estensimetri elastici elettrici tradizionali, fissati con adesivo alla superficie del cilindro stesso.
Il confronto ha dimostrato che il sensore FBG reagisce in modo congruente alla risposta di sollecitazione. La differenza tra i valori dei due sensori era dovuta alle diverse posizioni in cui è stata effettuata la misurazione.
Posizionamento dei sensori: raccolta di dati esterni e interni
I sensori in fibra ottica sono stati configurati e installati in due catene.
La fig. 1 mostra la catena interna:
per distinguere un segnale di temperatura da un segnale di deformazione, sono collegati 4 sensori di deformazione e 2 sensori di temperatura in un’unica catena, integrati nel calcestruzzo durante la fabbricazione del frangiflutto ECOSMART – BREAKWATER.
La fig. 2 illustra la catena esterna:
2 accelerometri e 1 sensore di temperatura sono stati collegati in una catena, ancorati all'estero del frangiflutto ECOSMART – BREAKWATER.
Il sistema è completato da una serie di dispositivi e software che acquisiscono i dati dai sensori, li archiviano localmente e li trasmettono ai sistemi remoti.
| Sensore | Tipo | Quantità | Posizione |
| Deformazione | FBG | 4 | Integrato nel blocco |
| Temperatura | FBG | 2 | Integrato nel blocco |
| Temperatura | FBG | 1 | Sull'esterno del blocco |
| Accelerometro | FBG | 2 | Sull'esterno del blocco |
Monitoraggio del frangiflutto in ambiente marino
Nel progetto in corso, dopo le prove e la convalida, i frangiflutti ECOSMART – BREAKWATER sono stati trasportati fino alla mantellata del porto di Otranto. È stato scelto questo sito perché la geometria cubica e a parallelepipedo degli elementi artificiali usati per costruire la mantellata ha permesso di inserire nuovi elementi.
Il test pilota lungo il frangiflutto ci offre ulteriori informazioni sulla composizione ottimale dell’elemento, per il quale è prevista la registrazione del brevetto prima del lancio sul mercato. Inoltre, è possibile verificare la qualità dei dati del sensore wireless, anche in condizioni difficili.
Informazioni su CETMA
CETMA, il Centro di Ricerche Europeo di Tecnologie Design e Materiali, fondato nel 1994, è un’Organizzazione di Ricerca e Tecnologia (RTO) con sede a Brindisi. Da oltre 20 anni si occupa di ricerca applicata, sviluppo sperimentale e trasferimento della tecnologia nel settore dei materiali avanzati (compositi, polimeri, a base biologica e riciclati), ICT (sviluppo di software specializzato per progettazione, fabbricazione e servizi) e sviluppo prodotto. È un’organizzazione non-profit e reinveste tutti i profitti in ricerca, formazione e trasferimento della tecnologia.