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Perché è sicuro installare I-Pro 1?

I-Pro 1 è un sistema attivo per la protezione sismica di edifici esistenti. Il cuore del sistema consiste in una massa oscillante installata in copertura che, muovendosi in opposizione all’azione sismica, riduce l’oscillazione dell’edificio in caso di terremoto. 

Perché è sicuro installare I-Pro 1? 

I-Pro 1 è un sistema attivo per la protezione sismica di edifici esistenti. Il cuore del sistema consiste in una massa oscillante installata in copertura che, muovendosi in opposizione all’azione sismica, riduce l’oscillazione dell’edificio in caso di terremoto. 

Il sistema, per funzionare correttamente, necessita di 3 componenti essenziali:  

  • I sensori  
  • La centralina di controllo
  • La macchina

Cosa succede in caso di evento sismico?

In caso di evento sismico i sensori rilevano l’accelerazione subita dalla struttura e, al superamento di un valore di soglia minimo, attivano il sistema di protezione I-Pro 1. La centralina di controllo raccoglie i dati di tutti i sensori installati sulla struttura, li elabora e manda il segnale di controllo alle macchine installate. Si tratta del ‘cervello’ dell’intero sistema che permette di ottenere dal sistema il comportamento desiderato. Le macchine infine costituiscono il ‘braccio’ del sistema e permettono di realizzare le forze di controllo necessarie per ottenere il miglioramento sismico sulla struttura.  

Secondo la normativa vigente (Direttiva Macchine 2006/42/CE) si definisce macchina “l’insieme equipaggiato o destinato ad essere equipaggiato di un sistema di azionamento diverso dalla forza umana o animale diretta, composto di parti o di componenti, di cui almeno uno mobile, collegati tra loro solidamente per un’applicazione ben determinata”. 

Le macchine vengono dunque progettate seguendo le direttive della normativa europea vigente al fine di ottenere la marcatura CE.  

Oltre a realizzare i singoli componenti del sistema “a regola d’arte” è importante prevedere logiche di sicurezza che rendano il sistema sicuro e affidabile in ogni condizione operativa. Tutte le casistiche legate a condizioni limiti e/o malfunzionamenti sono di seguito affrontate. 

Quali sono gli accorgimenti per garantire la sicurezza di I-Pro 1?

Gli accorgimenti adottati per garantire la sicurezza del sistema si dividono in due categorie: 

  • Dispositivi di sicurezza/protezione hardware 
  • Logiche di sicurezza software 

Dispositivi di sicurezza hardware
I dispositivi di sicurezza Hardware riguardano la protezione di tutti i componenti meccanici suscettibili del sistema (sensori, cavi, dispositivi elettronici, componenti di macchine). I dispositivi di sicurezza hardware installati per il sistema I-Pro1 sono: 

    • Case protettivo dei sensori. Si tratta di una scatola flangiata in alluminio IP67, in grado di proteggere il sensore dagli agenti esterni, in particolare da pioggia, neve e grandine. 
    • Conduttura in acciaio. Un tubo flessibile in acciaio permette di alloggiare i cavi che dai sensori portano il segnale al computer centrale. Permette di proteggere i cavi da azioni esterne (taglio, usura, tentativi di manomissione) 
    • Shelter protettivi. Le macchine possono essere installate nel sottotetto delle strutture o direttamente in copertura (all’esterno). Delle opportune coperture proteggono le macchine da agenti atmosferici e dall’intrusione (guarnizioni IP67, maniglie di sicurezza che mandano in allarme il sistema in caso di tentata manomissione o operazioni di manutenzione svolte in maniera errata)
    • Ridondanze. L’altissimo livello di affidabilità del sistema è ottenuto anche per mezzo di logiche di ridondanza. Gli elementi essenziali del sistema vengono duplicati per garantire il continuo funzionamento dello stesso anche in caso di guasto di un suo componente.  

Ogni macchina richiede la misurazione dell’accelerazione in almeno due punti della struttura (in prossimità del punto di installazione della macchina in copertura e in corrispondenza della base della struttura). Per ogni punto di misura vengono installati un minimo di 2 sensori (tipicamente 4) in modo tale che, anche in caso di guasto di un sensore, l’architettura complessiva del sistema continui a funzionare. 

Logiche di sicurezza software
Oltre ai dispositivi di protezione hardware, sul sistema vengono installate delle logiche di sicurezza software che ne verificano il corretto funzionamento in ogni condizione e permettono di arrestare il sistema in caso di funzionamento anomalo.  

  • Funzionamento sensori. Il funzionamento di tutti i sensori è costantemente monitorato. Il sistema verifica in ogni istante la corretta alimentazione elettrica di ciascun sensore. Nel caso in cui venisse a mancare l’alimentazione (es. tranciatura del cavo) il sistema rileva immediatamente il malfunzionamento ed esclude il sensore in questione dalla logica di controllo delle macchine, fino all’avvenuto ripristino dello stesso.  
  • Logica di attivazione. L’attivazione delle macchine avviene solo in caso di superamento di una soglia critica di accelerazione (pari a 0.05 m/s2). Per evitare accensioni indesiderate del sistema vengono adottate principalmente 2 strategie: filtro in frequenza e coerenza dei segnali. Al segnale di ciascun sensore viene applicato un filtro in frequenza che abbatte tutte le componenti non di interesse per la struttura (ad esempio i contributi di vibrazioni ad alta frequenza introdotti da un martello pneumatico). Inoltre, l’attivazione avviene solo quando l’80% dei sensori installati ai piedi della struttura rileva il superamento della soglia. In questo modo se uno o più sensori venissero manomessi o staccati dalla struttura non si avrebbe l’attivazione involontaria del sistema e allo stesso tempo se, in caso di evento sismico, uno o più sensori non stessero funzionando (<20%) otterrei comunque la corretta attivazione del sistema.    
  • Verifica della stabilità. Un sistema attivo potrebbe, in linea teorica, avere un effetto peggiorativo sulla struttura se al posto che agire in opposizione di fase rispetto al sisma per un qualsiasi motivo dovesse agire in fase rispetto ad esso. Se si verificasse una condizione simile, ad esempio a causa di un errore nelle impostazioni del controllore, l’energia verrebbe immessa dalla macchina nel sistema e non sottratta. In questo caso il sistema I-Pro 1 è in grado di rilevare il funzionamento errato della singola macchina e fermare solo la macchina malfunzionante, permettendo al sistema complessivo di continuare a lavorare a performance ridotte. Per fare questo il sistema sfrutta la misura della forza scaricata dalla macchina accoppiata con la misura di velocità del punto di applicazione, per il calcolo dell’energia entrante/uscente dal sistema edificio ad opera della macchina.  

In conclusione, il sistema I-Pro 1 è progettato per garantire il funzionamento in ogni condizione operativa e per gestire i guasti con logiche di ridondanza che ne incrementano l’affidabilità a livelli prossimi al 100%. Anche in caso di malfunzionamento il sistema non può mai introdurre energia nella struttura andando in blocco di emergenza nel caso in cui una situazione del genere dovesse presentarsi.   

Autore
Stefano Cii

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