Durham Castle

Conoscere

Il castello di Durham fa parte del sito UNESCO di Durham Castle and Cathedral, iscritto nel 1986. Costruito a partire dal 1072 e trasformato più volte nei secoli, ha oggi una configurazione complessa e irregolare; dal 1837 ospita un college della Durham University ed è aperto alle visite. Nella muratura in pietra si riconoscono erosioni alveolari, fessure attorno alle aperture e giunti degradati.

Lo studio è stato svolto nell'ambito del progetto internazionale WRENCH (Whispers of Time: Heritage as Narratives of Climate Change), con INGV e Durham University. Gli obiettivi: costruire un insieme integrato di dati geometrici e di vibrazione per i futuri modelli e il monitoraggio, e verificare se i nuovi accelerometri QMEMS a bassissimo rumore riescono a misurare le vibrazioni debolissime tipiche delle costruzioni storiche.

Misurare

Le ali ovest e nord del castello sono state rilevate con un laser scanner terrestre (Leica BLK360), sul cortile e all'interno: Great Hall, Tunstall Gallery, Norman Chapel e torre dell'orologio. Le scansioni sono state fatte con i sensori già installati, così la loro posizione è nota nello stesso sistema di riferimento della nuvola di punti; gli errori di registrazione sono tra 1 e 5 mm.

Per le vibrazioni ambientali sono state usate undici Smart Sensor Box sincronizzate via GNSS, senza cavi tra un punto e l'altro, con misure anche al piede della struttura per indagare l'interazione con il terreno. La campagna principale ha coperto 25 punti in quattro configurazioni. Una configurazione dedicata ha strumentato la torre dell'orologio dal piano terra alla camera dell'orologio: sei stazioni con il nuovo accelerometro Epson M-A370 e due con il precedente M-A352, registrate per 14 ore e analizzate in 14 segmenti da un'ora.

Affiancati nello stesso punto, gli M-A370 mostrano un fondo di rumore più basso dei M-A352, soprattutto tra 1 e 10 Hz, la banda che conta per questa struttura.

Modellare

Le frequenze della torre sono state identificate con il metodo SSI-UPC in ciascuno dei 14 segmenti. Per separare i modi fisici da quelli spuri sono stati usati tre criteri: la ripetibilità nei segmenti, la complessità modale (soglie del 10% e del 5%) e la correlazione delle frequenze con la temperatura misurata.

La forma del modo a 5,45 Hz è stata proiettata sulla nuvola di punti del rilievo laser, così da leggerla sulla geometria reale della torre: coinvolge soprattutto la flessione fuori piano delle pareti ortogonali alla facciata nord-ovest, con cui la torre interagisce.

Risultato

Una caratterizzazione dinamica di riferimento, con i sensori collocati sulla geometria reale.

Quattro frequenze ripetibili descrivono la torre: il modo a 5,45 Hz è stato identificato in tutte le 14 ore con la complessità più bassa; i modi a 8,09 e 8,47 Hz coinvolgono probabilmente l'interazione con il resto del castello. Le frequenze più basse, intorno a 3,3 Hz, sono le più correlate con la temperatura e potrebbero dipendere dalle fondazioni e dall'interazione con il terreno: un tema da approfondire.

La prova ha confermato che gli accelerometri QMEMS M-A370 permettono di analizzare vibrazioni ambientali molto deboli con una rete temporanea e distribuita. I dati della campagna completa serviranno a calibrare i modelli numerici e a impostare il monitoraggio nel tempo.