지진으로 파괴된 성당 재건축에서 광섬유 센서의 활용 방법

아킬라(L'Aquila) 시는 이탈리아 중부에 위치한 풍부한 문화유산을 지닌 고대 도시입니다. 시 중심가에는 바로크 양식과 르네상스 양식의 건물과 성당이 줄지어 있습니다. 아킬라 시에는 약 70,000명이 거주하고 있습니다. 그러나 이 도시는 건축물이나 도시를 둘러싸고 있는 아페닌 산맥(Apennine Mountains)의 경관이 아니라, 재난으로 유명해졌습니다.

2009년에 이 지역에 지진이 강타하여 일반 주택과 사적지 등의 수많은 건물이 파괴되었습니다. 18세기에 건축된 산타 마리아 델 수파라지오(Santa Maria del Suffragio) 성당은 이 지진의 상징이 되었습니다

 

Reconstruction and reinforcement

그 후로 7년이 흘렀습니다. 산타 마리아 델 수파라지오는 부분적으로 복원된 최초의 랜드마크 건물이었습니다. 임시 지지대를 사용하여 지진 1년 후에 대중에 일부 공개되었습니다. 2013년에 전면 재건축 공사를 시작하여 현재까지 진행 중입니다. 지진으로 인해 돔이 붕괴되었을 뿐만 아니라 전체 건물의 구조에도 결함이 발생하였습니다. 구조를 재건축할 뿐만 아니라 내진 설계를 보강하여 앞으로도 이 중요한 랜드마크의 안정성과 안전을 보장하도록 하였습니다. 구조물의 움직임을 계속해서 모니터링하고 통제하기 위해, 지반공학, 환경, 구조 모니터링에 관한 측정을 전문으로 하는 회사인 I.A.T. Ingegneria A&T 와 Earth System 이 보강물을 시험하고 있습니다. HBM FiberSensing의 광학 측정 기술은 보강에 사용된 프리스트레스드 타이 로드(pre-stressed tie rod)의 응력과 온도 모니터링을 지원하고 있습니다(설치 계획의 그림 1과 그림 2 참조).

스트레인과 온도 동시 측정

동시에 스트레인과 온도를 측정하기 위해 Dywidag 32WR 타이 로드(그림 3)에 광섬유 브레그 그레이팅(Fiber Bragg Grating, FBG) 센서를 부착하였습니다. 각각의 로드 커넥터(rod connector)에는 노출된(bare) FBG 2개(하나는 스트레인 보상용, 다른 하나는 온도 보상용)로 이루어진 배열(array)이 포함되어 있습니다. 온도 보상 센서는 보정된 경우, 절대 온도 값을 제공합니다. 현장에서 쉽게 사용할 수 있도록 센서를 HBM FiberSensing의 공장에서 미리 설치하여 현장으로 운반했습니다. 분광기(optical splitter)를 이용한 덕분에 시스템을 쉽게 설치할 수 있었으며, 인터로게이터(interrogator)의 용량이 최적화되었습니다. 위에서 언급한 FBG 배열이 말단이었기 때문에(즉 한 쪽만 연결되었기 때문에), 분광기를 이용하여 몇몇 FBG 배열에서 나온 신호를 하나의 광 채널로 묶었습니다. 이 경우에 분광기를 사용하여 1x4 또는 1x8 다중화(multiplexing)가 가능합니다(그림 4에 있는 예 참조).

Remote data access

The BraggMETER interrogator acquires all the different optical channels simultaneously at a rate of one sample per second (S/s). The 19’’ rack-mountable device used has eight optical channels. The FS22 Industrial BraggMETERs can be connected to a standard computer by Ethernet cable and controlled by BraggMONITOR software from HBM FiberSensing (Figure 5) as well as through SCPI commands or via catman®.

The fact that the static interrogator can actually operate as a stand-alone device and store data internally came in handy in this application. The interrogator was connected to a 3G router so that no computer was required on site. Data can be accessed remotely in the comfort of the office with the technician’s laptop.


*Photo: Ra Boe / Wikipedia // Licence: CC by-sa 3.0