Innehållsförteckning
Bläddra bland kategorierna
Toppförfattare
Strukturell hälsomonitorering av katedralen i Orvieto
Italien är ett av de länder som har flest historiska, monumentala och konstnärliga byggnader i världen. Att bevara detta arv över tid är inte bara viktigt utan också en skyldighet.
För att uppnå detta krävs diagnostiska och förebyggande metoder som inte påverkar byggnadernas autenticitet. En sådan metod är strukturell övervakning. Ett permanent dynamiskt övervakningssystem från Dewesoft har installerats i ett av de främsta exemplen på gotisk arkitektur i centrala Italien, katedralen i Orvieto.
Katedralen i Orvieto
Basilica di Santa Maria Assunta, även känd som katedralen i Orvieto, är en av de främsta konstnärliga prestationerna i Italien under senmedeltiden och ett mästerverk inom gotisk arkitektur i centrala Italien. Som en symbol för staden Orvieto räknas domkyrkan till en av de vackraste katedralerna i både Italien och världen. Byggnationen påbörjades år 1290.
Uppförandet var ett gemensamt initiativ från både kyrkan och kommunen, med målet att skapa en enda stor katedral som skulle ersätta två äldre och förfallna kyrkor på torget där domkyrkan idag står. Den biskopliga kyrkan Santa Maria var i dåligt skick, och församlingskyrkan San Costanzo förvaltades av kaniker som även ägde hus och butiker i anslutning till klostret. Den ofta nämnda teorin att byggandet främst skulle ha motiverats av reliken Corporal of Bolsena anses inte vara den huvudsakliga orsaken.
Katedralen är en imponerande byggnad som förenar flera arkitektoniska stilar. Den kan beskrivas som en välbalanserad kombination av gotik, särskilt tydlig i fasaden med dess slanka spiror, och romansk stil, samtidigt som den behåller sina unika särdrag. Många arkitekter, konstnärer och hantverkare deltog i de olika faserna av design och konstruktion.
Opera del Duomo d’Orvieto ansvarar för underhåll av katedralen, förvaltning av dess tillgångar, bevarande av konstverken och drift av museet. Denna självständiga organisation beslutade att installera ett permanent system för strukturell hälsomonitorering i katedralen i samarbete med Dewesoft.
Staden med sin historiska byggnad ligger i centrala Italien, nära den central-sydliga Apenninska bergskedjan, ett av de mest seismiskt aktiva områdena i landet. Regionen drabbas av kraftiga jordbävningar ungefär en gång per decennium, och Orvietos undergrund innehåller flera förkastningslinjer och aktiva seismiska strukturer.
Uppställning av övervakningssystemet
Systemet för strukturell hälsomonitorering installerades för att utvärdera den dynamiska interaktionen mellan katedralens makrostrukturella delar, tvärskeppet, långhuset och fasaden.
Förstärkningar i accelerationssignalen vid olika punkter i katedralen övervakas över tid. Dessa speglar strukturens respons på belastningar från bakgrundsseismik, jordbävningar, daglig trafik och byggnadsarbeten. Sådana påverkan kan förändra strukturens egenfrekvenser och leda till degradering över tid.
Installationen gör det även möjligt att följa konstruktionens beteende under de kommande arbetena, där målet är att skapa en mer sammanhängande struktur mellan basilikan och fasaden.
Systemet som valdes för långtidsövervakning är IOLITEi-3xMEMS från Dewesofts IOLITE-serie. Det är en datainsamlingsmodul med inbyggd sensor, där acceleration mäts med en integrerad triaxiell MEMS-accelerometer.
Systemet är mycket tillförlitligt och känsligheten hos de integrerade accelerometrarna är väl anpassad för att mäta strukturens dynamik,
säger Gerardo De Canio, strukturkonsult för Opera del Duomo d’Orvieto. Han framhåller också att Dewesoft valdes eftersom det är en av världens ledande leverantörer inom området.
Den valda hårdvarukonfigurationen är ett slutet system där modulerna är kopplade i en EtherCAT-mätkedja med flera noder placerade på strategiska punkter i konstruktionen. Totalt installerades 13 IOLITEi-3xMEMS-enheter längs pelarna i mittskeppet och på det centrala valvet.
Genom att använda två IOLITE power injector-moduler med PoE-teknik kan de två grenarna i ringen strömförsörjas från en enda punkt med en enda strömkälla. Detta var nödvändigt eftersom byggnadens elsystem inte klarar av att försörja hela mätkedjan längs den sträcka där accelerometrimodulerna är placerade.
Kommunikationen sker via EtherCAT-protokollet, vilket gör det möjligt att distribuera IOLITE-enheter även över stora konstruktioner. Enheterna stöder avstånd på upp till 50 meter mellan noder, och anslutningen sker med en enda nätverkskabel för signal, strömförsörjning och datasynkronisering. Det är även möjligt att täcka längre avstånd än 50 meter genom att använda en passiv repeater mellan två mätpunkter.
Antalet accelerometrar i denna första installation är inte fast, systemet kan enkelt byggas ut med fler sensorer vid behov. En stor fördel med Dewesofts datainsamlingssystem är att antalet kanaler kan utökas när som helst.
Mätningarna
Konfigurationen av accelerometrikanalerna i mätsystemet är enkel och snabb. IOLITEi-3xMEMS-modulerna identifieras automatiskt av DewesoftX-programvaran. Användaren behöver endast välja lämplig måttenhet, i detta fall g eller m/s².
I detta projekt valde kunden en samplingsfrekvens på 100 Hz och registrerade endast rådata samt maximala RMS-värden från de triaxiella accelerometrarna.
Under datainsamlingen visas det momentana RMS-värdet för varje kanal, beräknat med grundläggande statistiska funktioner, för att snabbt kunna upptäcka eventuella avvikelser.
Programvaran kan även konfigureras för fjärråtkomst. Mätsystemet kan kopplas upp så att behöriga användare kan logga in, följa mätningen i realtid och ladda ner datafiler utan att behöva vara på plats.
I detta fall sker övervakningen från ett kontor i Rom. För närvarande saknar kunden dock en stabil och säker internetanslutning, vilket innebär att systemet inte är uppkopplat dygnet runt. Istället etableras en anslutning vid behov, till exempel när data ska laddas ner.
Systemet registrerar kontinuerligt dygnet runt med möjlighet att dela upp inspelningen i flera datafiler, där varje fil motsvarar en timme. Vid efterbearbetning kan man antingen analysera alla filer tillsammans för en helhetsbild eller välja en enskild fil för att studera en specifik tidsperiod.
Denna uppdelning i flera filer gör det möjligt att hålla filstorlekarna hanterbara även vid långvariga mätningar, vilket förenklar både öppning och analys av data.
DewesoftX erbjuder även möjlighet att spela in data baserat på händelser eller triggernivåer. Detta minskar mängden data som behöver analyseras i efterhand. Tröskelvärden kan definieras och kompletteras med pre-trigger- och post-triggerperioder, baserat antingen på rådata eller beräknade storheter som RMS-värden för acceleration.
Programvaran gör det också möjligt att konfigurera larm eller larmgrupper samt att skicka e-postnotifieringar när en händelse inträffar.
IOLITEi-3xMEMS, DAQ-enhet med integrerad accelerometer
IOLITEi-3xMEMS samlar in data via sin integrerade sensor. A/D-omvandlingen sker direkt i enheten, vilket eliminerar brusproblem även vid långa kabellängder.
Den inbyggda mikroprocessorn överför de samplade accelerationsvärdena till DewesoftX-programvaran som körs på en Windows-dator, eller skickar data till en EtherCAT-master på vald plattform. Automatisk skalning gör att data omedelbart är tillgänglig i g eller m/s².
Den integrerade temperatursensorn mäter temperaturen som MEMS-accelerometern utsätts för. Denna information kan visas i System Monitor-kanalerna i DewesoftX och uppdateras varje sekund.
IOLITEi-3xMEMS-modulerna utgör en optimal grund för strukturell integritetsövervakning och permanenta övervakningslösningar i byggtekniska konstruktioner såsom broar, master, antenner, byggnader och arenor. Tack vare en spektral brustäthet på endast 25 µg/√Hz och ett restbrus på 100 µg är dessa sensorer dessutom ett kostnadseffektivt alternativ för seismisk övervakning.
Learn more:
Slutsats
I många historiska byggnader bidrar strukturell övervakning på ett avgörande sätt till att diagnostisera och förebygga allvarliga skador, som kan orsakas av jordbävningar eller uppstå över tid genom naturligt slitage.
Det övergripande målet med all övervakning är att kunna registrera och analysera strukturella rörelser, baserat på resultat som tolkas av experter. I historiska byggnader har installationen av ett övervakningssystem tre huvudsakliga syften:
Att avgöra om byggnaden behöver underhåll
Att kvantifiera utvecklingen av de övervakade parametrarna och kontrollera avvikande händelser, såsom jordbävningar, genom fördefinierade larm
Att utvärdera om konstruktionen återgår till ett stabilt tillstånd efter genomförda åtgärder
“Vårt behov är inte i första hand en seismisk station för marken, utan snarare ett system för att övervaka strukturens dynamik”, säger Gerardo De Canio.
Dessa accelerometrar har god förstärkning och ett bra signal-brusförhållande. Vi har redan bett Dewesoft om en utbyggnad av hela övervakningssystemet.
Dewesofts övervakningssystem med IOLITEi 3xMEMS-moduler är enkelt att installera, icke-invasivt och mycket kostnadseffektivt i förhållande till byggnadens värde. DewesoftX-programvaran gör det möjligt att visualisera data redan under insamlingsfasen, och samma data kan därefter analyseras vidare i programvaran.
Att respektera och bevara kulturarvet över tid är av stor betydelse. För att uppnå detta krävs diagnostiska och förebyggande lösningar som inte påverkar byggnadernas autenticitet och estetik. Dewesofts system ligger helt i linje med denna filosofi genom att möjliggöra kontinuerlig övervakning samtidigt som de säkerställer en icke-destruktiv analys.