Assessment of Geometric Deviations in a Complex Concrete Dome Using UAV Photogrammetry and Integrated Geodetic Techniques
Questo studio valuta le deviazioni geometriche di una complessa cupola in cemento presso la Chiesa di Santa Maria e San Giuseppe ad Alessandria, in Egitto, confrontando la fotogrammetria tramite UAV, la scansione laser e il rilievo con stazione totale, dimostrando infine che l'UAV e la scansione laser sono efficaci per rilevare irregolarità con deviazioni fino a 45 mm.
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Immaginate di essere un architetto che cerca di costruire un guscio d'uovo perfetto e gigante fatto di cemento. Volete che sia liscio, simmetrico e abbastanza resistente da sostenere un tetto sopra un enorme spazio senza pilastri in mezzo. Questo è il compito di una "cupola". Per secoli, gli esseri umani hanno costruito queste strutture per moschee, chiese e musei perché sono belle ed efficienti. Ma ecco la parte complicata: il cemento è pesante e, nel tempo, o anche durante la costruzione, questi enormi gusci possono diventare un po' storti. Potrebbero inclinarsi da un lato, gonfiarsi o restringersi in un punto strano. Se non si colgono questi piccoli errori precocemente, l'intera struttura potrebbe diventare pericolosa.
Per trovare questi difetti nascosti, gli scienziati dovevano scalare la struttura con metri e righelli, controllando un minuscolo punto alla volta. Era un processo lento e si poteva facilmente mancare un problema nascosto tra i punti di misurazione. Ma ora, abbiamo un nuovo set di occhi super-potenziati. Pensateli come dei detective digitali. Uno è uno "Scanner Laser Terrestre" (TLS), che è come una torcia super-veloce e tecnologica che spara milioni di raggi laser invisibili per mappare ogni protuberanza e avvallamento di un edificio in 3D. L'altro è un "Drone" (UAV), una telecamera robotica volante che scatta centinaia di foto sovrapposte per cucire insieme un'immagine 3D perfetta dell'edificio dal cielo. Combinando questi due metodi tecnologici con i metodi di rilevamento tradizionali, gli ingegneri possono ora vedere la "forma" di un edificio con una precisione incredibile, individuando errori piccoli quanto pochi millimetri — circa la larghezza di una gomma per matita.
Questo articolo racconta la storia di un team di ingegneri che ha utilizzato questi detective digitali per ispezionare una cupola di cemento molto specifica e complessa: quella che si trova sopra la Chiesa di Santa Maria e San Giuseppe ad Alessandria, in Egitto. Costruita nel 1949, questa cupola è un tesoro storico, ma nessuno ne aveva controllato la forma dall'epoca della sua costruzione. I ricercatori volevano sapere: questa cupola di 70 anni sta ancora mantenendo la sua curva perfetta, o ha iniziato a deformarsi? Non hanno tirato a indovinare; hanno usato uno scanner laser, un drone e una stazione totale tradizionale (un teodolite ad alta precisione) per misurare la cupola da ogni angolazione.
Il team ha scoperto che la cupola non era perfettamente perfetta. Mentre la parte inferiore della cupola era stata costruita con un'accuratezza straordinaria, quasi come un cerchio impeccabile, le cose hanno iniziato a diventare un po' traballanti salendo verso l'alto. Quando sono arrivati alla cima, la cupola si era allontanata dalla sua forma ideale di circa 45 millimetri lungo il suo asse centrale. Sono circa lo spessore di due monete sovrapposte. Esaminando gli anelli orizzontali della cupola, hanno trovato deviazioni fino a 30 millimetri, il che significa che alcune parti erano state spinte fuori o tirate dentro rispetto alle planimetrie originali. Il "sobbalzo" totale della superficie era di circa 25 millimetri.
Interessante è che i ricercatori hanno scoperto che questi errori non erano casuali. La cupola sembrava inclinarsi e torcersi in direzioni specifiche, con la maggiore "spinta verso l'esterno" che avveniva su un lato e la maggiore "trazione verso l'interno" su un altro. Si scopre che costruire una cupola è come impilare una torre di blocchi Jenga: i livelli inferiori sono facili da controllare, ma man mano che si sale, diventa più difficile mantenere la cassaforma (lo stampo per il cemento) perfettamente allineata, e i piccoli errori si accumulano. Lo studio ha confermato che lo scanner laser e il drone sono stati entrambi eccellenti nel trovare questi problemi e che, confrontando i loro risultati, questi coincidevano quasi perfettamente. Ciò dà agli ingegneri molta fiducia nel fatto che questi strumenti tecnologici possano essere affidati per mantenere sicuri i nostri edifici storici. Il documento conclude che, sebbene la cupola sia ancora in piedi e robusta, presenta alcune "cicatrici" geometriche derivanti dalla sua costruzione, e che l'uso di questi metodi di scansione avanzati è il modo migliore per monitorare tali strutture in futuro per garantire che la situazione non peggiori.
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