Il monitoraggio di strutture per le telecomunicazioni con sensori wireless di vibrazione

This thesis work describes the development, experimental validation and analysis of a monitoring system, made up of wireless acceleration sensors, gateways for receiving and transmitting data and user interface channels. The structures analyzed in the experiments are pylons and poles for telecommunications, which are systems characterized by a remarkable slenderness, formed by hot rolled or cold formed steel elements. The experimentation was carried out in the real environmental conditions of the structure, which is subject to real operating loads. The main objective of the thesis is to understand what type of damage can be detected by the used sensors and what is the intensity threshold beyond which this does not go unnoticed by the monitoring system. For this purpose, we will study the vibrations obtained from the raw data provided by the sensors, obtained by processing the accelerations from the time domain to the frequency domain. The first mode experimental vibration frequency will be useful for the calibration of a finite element structural model on which various damages will be impressed. For each configuration, dynamic analyses will be carried out and the simulation outputs will be compared with the experimental sensitivity of the sensors. In this way it will be possible to understand if a damage could be detected by the sensors. The second goal is to understand if a local damage, not measurable by the sensors, could constitute a danger for the global collapse of the structure. In this phase, nonlinear finite element analyses will be carried out for all the damage configurations. The experimental data obtained and the numerous simulations analyses carried out have made it possible to highlight the strong points and fragilities of this monitoring system.

Questo lavoro di tesi descrive la messa a punto, la validazione sperimentale e l’analisi di un sistema di monitoraggio, formato da sensori di accelerazione wireless, gateway per la ricezione e trasmissione dei dati e da canali di interfaccia utente. Le strutture oggetto della sperimentazione sono tralicci e pali per le telecomunicazioni, ovvero sistemi caratterizzati da una notevole snellezza, formati da elementi in acciaio laminati a caldo o formati a freddo. La sperimentazione è stata effettuata nelle reali condizioni ambientali della struttura, che è soggetta ai veri carichi di esercizio. L’obiettivo principale della tesi è capire quale tipo di danno possa essere rilevato dai sensori utilizzati e quale sia la soglia di intensità oltre la quale questo non passi inosservato al sistema di monitoraggio. Per tale scopo, si studieranno le vibrazioni ottenute dai dati grezzi forniti dai sensori, rielaborate processando le accelerazioni dal dominio del tempo al dominio delle frequenze. La frequenza di vibrazione fondamentale sperimentale sarà utile per la calibrazione di un modello strutturale a elementi finiti sul quale verranno impressi diversi danneggiamenti. Per ogni configurazione, verranno effettuate analisi dinamiche e gli output della simulazione saranno confrontati con la sensibilità sperimentale dei sensori. In tal modo sarà possibile capire se un danno sia misurabile dai sensori. Il secondo obiettivo è quello di capire se un danno locale, non misurabile dai sensori, possa costituire un pericolo per il collasso globale della struttura. In questa fase saranno effettuate analisi a elementi finiti non lineari per le varie configurazioni di danneggiamento. I dati sperimentali ottenuti e le numerose analisi di simulazione effettuate hanno permesso di mettere in evidenza pregi e limiti di questo sistema di monitoraggio.