P.O. San Paolo – Napoli

L’applicazione descritta riguarda il monitoraggio dello stato di salute di una struttura sanitaria in calcestruzzo armato soggetta a terremoti frequenti attraverso l’analisi delle variazioni nel tempo dei suoi parametri modali.

La struttura oggetto di monitoraggio è il Presidio Ospedaliero San Paolo situato nella zona dei Campi Flegrei a Napoli, zona che sin dalla primavera del 2024 è oggetto di numerosi eventi sismici legati al fenomeno del bradisismo. Le scosse che negli ultimi due anni si sono succedute sono state numerose e in alcuni casi di forte intensità, raggiungendo e superando la magnitudo 4.0.

S2X è stata incaricata di fornire ed installare un sistema di monitoraggio con lo scopo di individuare, a seguito degli eventi sismici e in maniera tempestiva, eventuali modifiche o danneggiamenti nella struttura. Si tratta, infatti, di una struttura strategica per la quale non è possibile interrompere l’operatività in maniera preventiva.

L’Edificio del P.O. è un edificio a telai piani in cemento armato composto da due corpi di fabbrica, B1 e B2, che si elevano per n. 5 piani fuori terra e n. 1 piano interrato. I due corpi strutturali hanno un ingombro planimetrico, rispettivamente, di 50×15 m e 60×15 m circa, e sono separati, lungo il lato di minore lunghezza, da un giunto.

In generale un sistema di monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring) si basa sull’installazione per periodi di tempo abbastanza lunghi (diversi mesi o anni) o per l’intera vita operativa di una struttura, di reti di sensori gestiti da sistemi hardware/software che consentono di acquisire i dati provenienti dai sensori e di elaborarli in modo automatico identificando, attraverso opportuni algoritmi, la presenza di malfunzionamenti strutturali.

In tal modo, il sistema composto dalla struttura e dall’impianto SHM determina un sistema “intelligente”, capace di funzioni di autodiagnosi e di trasmissione di “messaggi” nei confronti di un operatore umano. La principale capacità dei sistemi SHM è quella di identificare stati di danno strutturale o malfunzionamenti delle dotazioni ausiliarie in modo precoce e maggiormente affidabile rispetto alle tradizionali operazioni di sorveglianza, che si basano in prima istanza sull’osservazione visiva dei difetti e controlli locali.

Il sistema di monitoraggio in continuo installato presso la suddetta struttura consta di n. 8 accelerometri monodirezionali, di cui n. 5 installati al livello della copertura e n. 3 installati secondo tre direzioni ortogonali al livello delle fondazioni. Completano il sistema una centralina di acquisizione dinamica a 8 canali, 24 bit di risoluzione e range dinamico di 102 dB, e un PC industriale per la gestione del sistema di monitoraggio da remoto. Ciascun sensore è stato collegato al sistema di acquisizione mediante opportuno cablaggio. L’acquisizione e l’elaborazione in continuo (h24) dei dati sono gestiti dal PC industriale installato presso l’edificio. Tramite connessione internet è possibile accedere e gestire il sistema di monitoraggio anche da remoto. Il sistema di monitoraggio provvede alla registrazione della risposta strutturale alle vibrazioni ambientali in continuo 24/7 ed alla stima automatica delle proprietà dinamiche della struttura in termini di frequenze di vibrazione, rapporti di smorzamento e forme modali nei punti di misura. Detti parametri vengono poi ulteriormente processati al fine di compensare gli effetti delle variabili ambientali e operative ed evidenziare possibili anomalie nella risposta strutturale.

S2-DDA è il software dedicato all’acquisizione e gestione dei dati accelerometrici in continuo ed al loro salvataggio in locale. La risposta alle vibrazioni ambientali è acquisita alla frequenza di campionamento desiderata (100 Hz nel caso in esame). I dati raccolti sono archiviati in locale ogni 30 min, assicurando la continuità dei dati tra due file consecutivi. Oltre all’acquisizione in continuo è stata impostata un’acquisizione a trigger che provvede alla scrittura in file dedicato dei dati al superamento della soglia di accelerazione al piede della struttura di 0.005 g preimpostata. Detta soglia, utile per la selezione automatica dei dati relativi alla risposta strutturale ad eventi sismici, è comunque modificabile in base alle esigenze dell’utente. Il software, oltre alla visualizzazione dei dati acquisiti, consente la stima on-line della Densità Spettrale di Potenza associate alle serie temporali. Il software presenta un’interfaccia user-friendly; inoltre, il riconoscimento dell’hardware in modalità plug and play consente di essere immediatamente operativi; infine, la funzionalità WatchDog consente il riavvio automatico dell’applicativo nel caso di arresti improvvisi quali, ad esempio, quelli dovuti all’interruzione dell’alimentazione elettrica.

Il software S2-SHM è, invece, il vero e proprio cuore pulsante del sistema. Esso esegue in continuo ed in maniera completamente automatica l’elaborazione dei dati e l’estrazione dei parametri modali al fine di monitorarne l’evoluzione nel tempo. Attraverso algoritmi di machine learning per la compensazione degli effetti ambientali e operativi vengono individuate possibili anomalie o malfunzionamenti nella struttura con relativo invio di alert via email.

I software utilizzati per questo caso applicativo sono stati S2-SHM e S2-DDA.