FLL Relazione Scientifica - Istituto Istruzione Superiore Maserati

FLL Relazione Scientifica - Maserati
I TERREMOTI
Nella relazione scientifica abbiamo deciso di studiare i "terremoti" spinti dalla curiosità per un
fenomeno che, di recente ci ha sorpresi e impressionati: un terremoto di media intensità (la scossa
più forte 3.8 della scala Richter) ha colpito il nostro territorio, precisamente il comune di Godiasco
che si trova a pochi chilometri da Voghera.
Per prima cosa abbiamo pensato che fosse essenziale avere una conoscenza di
base sui terremoti; abbiamo così chiesto alla nostra docente di scienze naturali di svolgere una
lezione su tali fenomeni che ci ha permesso di capire cosa realmente è un terremoto.
Successivamente abbiamo iniziato a pensare ad alcune possibili soluzioni a questa catastrofe
naturale.
Ci siamo ben presto resi conto che il fenomeno del terremoto è uno dei più imprevedibili e
pericolosi cataclismi e che pensare ad una soluzione era più complicato del previsto.
Grazie ad alcuni incontri-conferenza organizzati dai nostri docenti in collaborazione con l'Università
degli Studi di Pavia ci siamo confrontati con alcuni esperti del settore tra cui il Professor Patrizio
Torrese, docente di geologia, il quale grazie alle sue conoscenze scientifiche, ha risposto ai nostri
quesiti fornendo spunti e idee per il nostro progetto. Per comprendere meglio che ruolo hanno le
autorità nel caso in cui si verifichi un cataclisma, successivamente alla gara di Cuneo, abbiamo
organizzato una visita al Centro regionale di pronto intervento della Protezione Civile di Milano.
Abbiamo quindi ricercato e analizzato il terremoto in tutte le sue caratteristiche.
Che cos'è un terremoto?
Un terremoto, o sisma, è un'improvvisa vibrazione del terreno prodotta da una brusca liberazione di
energia
che
si
propaga
in
tutte
le
direzioni
sotto
forma
di
onde.
Questa energia si crea quando una roccia inizia a deformarsi; essa mostrerà una certa resistenza,
ma quando le forze che la tengono insieme vengono superate da quelle che la deformano allora
questa si spezza e si ha un brusco spostamento delle due parti che rilasciano l'energia che
avevano accumulato durante la deformazione
e ritornano in uno stato indeformato.
Tale spostamento è generato dalle forze di
natura tettonica che agiscono costantemente
all'interno della crosta terrestre provocando la
liberazione di energia in una zona interna della
Terra detto ipocentro, spesso localizzato in
coincidenza di fratture preesistenti. L’energia
che si libera è improvvisa e il fenomeno sismico
può esaurirsi in qualche secondo o prolungarsi
fino a 4/5 minuti producendo terremoti violenti;
in questi casi la frattura può propagarsi per
centinaia di Km dall’ipocentro fino a bloccarsi
per l’attrito crescente e l’esaurirsi dell’energia.
Il luogo della superficie terrestre posto sulla
verticale dell'ipocentro si chiama epicentro ed
è quello più interessato dal fenomeno.
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Possiamo distinguere due tipi di terremoti:
 i terremoti vulcanici sono vibrazioni del suolo provocate dal magma in risalita e
generalmente indicati col termine di “tremori”. Sono superficiali e riguardano piccole aree;
 I terremoti tettonici o terremoti interplacca sono i terremoti più comuni che avvengono ai
margini tra le placche tettoniche dove si sviluppano le forze che vengono poi sprigionate
improvvisamente durante il sisma.
Le zone dove si hanno più di frequente terremoti sono quelle dove ci sono fratture della crosta
terrestre che consentono alla roccia di fondersi e di risalire in superficie dando origine ai fenomeni
vulcanici.
La distribuzione dei terremoti e dei vulcani sulla crosta terrestre non è casuale: essi coincidono con
le dorsali oceaniche, le fosse abissali e le catene montuose di recente formazione.
I danni
I terremoti sono gli eventi naturali più potenti sulla terra; possono
rilasciare in pochi secondi un'energia superiore a migliaia di
bombe atomiche, solitamente misurata in termini di momento
sismico. Un terremoto sposta in pochi secondi volumi di roccia di
centinaia di chilometri cubi!!!
In conseguenza di ciò i terremoti possono causare gravi
distruzioni e un alto numero di perdite di vite umane attraverso
una serie di agenti distruttivi, il principale dei quali è il
movimento violento del terreno con conseguente sollecitazione
delle strutture, accompagnato eventualmente anche da altri
effetti secondari quali inondazioni, incendi o fuoriuscite di
materiali pericolosi.
Se il sisma avviene sotto la superficie del mare o nei pressi della
linea costiera può generare maremoti o tsunami.
La prevenzione
La previsione esatta di un sisma è al momento impossibile quindi il rimedio più saggio contro i danni
materiali ed umani dei terremoti è rappresentato dall'uso di efficaci tecniche antisismiche di
costruzione di edifici proprie dell'ingegneria sismica come ad esempio l'isolamento sismico. Queste
tecniche sono in grado di minimizzare i danni anche di terremoti estremamente potenti e sono
diffusamente utilizzate in alcune delle aree più sismiche al mondo come ad esempio il Giappone.
Riguardo la prevenzione, è importante conoscere la storia sismologica di un luogo in quanto se
negli anni precedenti si è verificato un sisma con tutta probabilità se ne verificherà un altro di simile
intensità negli anni a venire.
Curiosità sull’Italia
Approfondendo il fenomeno dei terremoti per quanto riguarda il nostro Paese, abbiamo appreso
che il nostro continente e quello africano si avvicinano di circa 2-3 centimetri all’anno e questo
fenomeno ha ripercussioni sul territorio Italiano specie sull’Appennino che viene spinto da ovest a
est.
Il movimento di estensione dell’Appennino, dal Tirreno all’Adriatico, avviene ad una velocità
compresa fra tre e cinque millimetri l’anno. Questa sollecitazione viene distribuita su diversi sistemi
di faglie: quello più vicino al Tirreno, che comprende i monti nell’area di Sora, poi il sistema più
interno, del quale fa parte la zona dell’Aquila e quindi il sistema di faglie più vicino all’Adriatico. La
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deformazione dovuta al movimento dell’Appennino, si accumula negli anni provocando terremoti
di media-alta intensità (Emilia 2013, Aquila 2009, Umbria e Marche 1997).
Scale di rilevazione sismica
SCALA RICHTER
Con l'attribuzione di un valore sulla
scala Richter, si esprime una misura
della cosiddetta magnitudo ovvero
una stima dell'energia sprigionata da
un terremoto nel punto della frattura
della crosta terrestre cioè all'ipocentro
secondo i criteri indicati dal geofisico
Charles Richter.
La magnitudo Richter quantifica
l'energia sprigionata dal sisma su base
puramente strumentale, basata sul
principio secondo il quale l’energia di
un
terremoto
è
proporzionale
all’ampiezza registrata dai sismografi.
SCALA MERCALLI
La scala Mercalli è una scala che misura l'intensità di un terremoto tramite gli effetti che esso
produce su persone, cose ed edifici.
Due terremoti di identica magnitudo possono avere diverse intensità, se per esempio hanno
ipocentri posti a differenti profondità, oppure si verificano in zone con una diversa antropizzazione.
Poiché la scala Richter e quella Mercalli misurano e quantificano la forza del terremoto in due
modi differenti non ha alcun senso trovare equivalenze tra i valori delle due scale.
Revisione delle soluzioni esistenti
Poiché non esiste ancora un metodo preciso per prevedere delle
scosse sismiche, abbiamo concentrato i nostri sforzi su ciò che si può
fare dopo il terremoto. Abbiamo appreso che esistono, anche se sono
assai poco diffusi, dei robot in grado di agire in spazi molto stretti e
angusti per effettuare dei sopralluoghi, salvare delle vite umane e
prelevare oggetti perduti.
Abbiamo preso in esame l’aspetto che riguarda i sopralluoghi delle
zone e degli edifici colpiti e il recupero di oggetti smarriti rimasti sotto
le macerie.
Considerando che in casi di edifici pericolanti non si possono rischiare
altre vite per recuperare qualcosa o per stabilire lo stato delle
infrastrutture, negli ultimi 15-20 anni si stanno sviluppando robot che
hanno queste potenzialità. Nel caso dell’Italia questi progetti sono
portati avanti da numerose università e dalla protezione civile italiana.
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Nel recente sisma dell’Emilia Romagna sono stati impiegati tre differenti tipi di robot:

Un robot dotato di un’omnicamera a 6 viste, di una testa rotante con camera ad alta
risoluzione e di un laser scanner.

Un altro che permette di arrivare in zone piene difficili e con le proprie telecamere
riprendere cosa è successo all’interno dell’edificio in piena sicurezza. Inoltre è dotato di un
braccio meccanizzato che può prendere e raccogliere piccoli oggetti per portarli al sicuro.

Un terzo con la funzione di fare un rilievo in appena 7 minuti del fabbricato sia all’interno
che all’esterno. E’ una macchina che restituisce una foto circolare che poi può essere
raddrizzata con il computer e poi essere elaborata con qualsiasi programma di lavoro,
come ad esempio autocad.
Queste tre macchine sono state sviluppate a seguito del terremoto dell’Umbria del 1997 che causò
gravi danni ai beni artistici e soprattutto 4 vittime. Insieme sono stati creati anche quattro robotdroni per il rilievo, in sicurezza, delle opere d’arte terremotate.
Soluzione innovativa
Per la soluzione innovativa, abbiamo
ipotizzato un robot che agisca nei
momenti
post-terremoto,
nello
specifico
individuare
persone
intrappolate sotto le macerie.
Dopo aver preso in esame le situazioni
che si verificano dopo un sisma (crollo
di edifici, persone intrappolate…)
abbiamo realizzato un disegno con
tutte le componenti che il robot deve
avere:

Cingoli: in modo da potersi muovere su qualsiasi superficie (es. macerie);

Telecamera termica: con possibilità di rotazione a 360° e con la capacità di localizzare le
persone intrappolate grazie al calore emanato dal corpo umano;

Trivella: capace di perforare un qualsiasi ostacolo che il robot deve oltrepassare;

Pistone: per sfondare la superficie precedentemente trivellata;

Telecamere: per trasmettere in diretta il video acquisito ad un addetto specializzato;

GPS: grazie al quale è possibile inviare le coordinate del robot in tempo reale ad un
operatore sul campo.
I motori e i sensori sopra elencati vengono collegati ad un microcontrollore (es. Arduino)
programmato in C che è connesso ad una ricetrasmittente in grado di inviare i video e di ricevere i
comandi che il robot deve eseguire. Il tutto grazie ad un computer ad essa collegato a mezzo di
una connessione wireless
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Progettazione e simulazione della soluzione studiata
Abbiamo approfondito lo studio della nostra soluzione innovativa passando a una fase di
progettazione e simulazione a computer di ciò che abbiamo pensato.
Come prima cosa abbiamo realizzato con il computer, utilizzando come riferimento il disegno su
carta, un modello in tre dimensioni del robot progettato. Questo ci ha permesso di perfezionare la
nostra soluzione studiandone meglio la forma e le caratteristiche.
Terminato il nostro modello 3D abbiamo creato una simulazione virtuale per analizzare meglio la
movimentazione. Per riuscire nel nostro intento abbiamo utilizzato ‘Unity’, un programma sfruttato
per creare videogiochi a livello professionale, che grazie alla sua gestione avanzata della fisica
permette di realizzare simulazioni di
movimentazioni.
Dopo aver creato un ambiente
virtuale
fondamentalmente
costituito da un terreno che possa
“ospitare” il nostro robot, abbiamo
importato nel programma il modello
in tre dimensioni precedentemente
realizzato, infine abbiamo creato
uno script in java che ne permette il
movimento all’interno del suddetto
ambiente (utilizzando la tastiera per
comandarlo).
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Le fonti:

geologia.com;

linguaggioglobale.com;

wikipedia.org;

libro "Terremoti, come e perché" fornito dalla FLL;

materiale fornito dall’Università degli studi di Pavia;

lezioni tenute dai docenti di scienze del nostro istituto.

Informazioni fornite dagli operatori del Centro di pronto intervento regionale della
Protezione Civile di Milano
Ringraziamenti
Ringraziamo per aver collaborato al nostro progetto con modalità diverse:

L’Università degli studi di Pavia – Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente;

Il Museo Elettrico Università degli studi di Pavia;

Gli Insegnanti di Scienze delle classi 1SC e 2SC dell’Istituto Maserati;

La ditta Elca System (sig. Franco Cavallaro) di Casei Gerola.

Il Centro regionale di pronto intervento della Protezione Civile di Milano
Componenti del gruppo:
Giovanni Balma
Lorenzo Ferrante
Lorenzo Ferrari
Gianluca Panebianco
Matteo Pidalà
Allenatori
Maria Grazia Gallo
Franco Cavallaro
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