Nel settore dell'ingegneria civile si sta assistendo a un sempre maggiore impiego di sistemi SHM (Structural Health Monitoring). Utilizzando dispositivi IoT (sensori/attuatori), apparati posizionati a terra unitamente a sistemi satellitari e droni, la qualità e la quantità delle informazioni rilevate e gestite incrementa notevolmente i livelli di manutenzione. Applicando tecniche di elaborazione sofisticate, che coniugano Big Data Management e Intelligenza Artificiale, i risultati delle analisi abilitano modalità di monitoraggio e di controllo continue che, supportando al meglio i sistemi decisionali, garantiscono l'efficienza delle infrastrutture e la sicurezza dei cittadini. L'introduzione dei sistemi SHM abilitati dall'IoT permette di individuare, in modo anticipato, errori di progetto.

 

Le funzionalità e i vantaggi di un sistema di Structural Health Monitoring

Ai fini della gestione di un danno, un sistema SHM attua un processo finalizzato al suo rilevamento, alla sua localizzazione e alla sua categorizzazione, effettuando in seguito una valutazione della sua gravità per effettuare la segnalazione più opportuna al personale preposto, fornendo indicazioni in merito alla vita utile residua in sicurezza della struttura. Per quanto riguarda le modalità operative, un SHM deve prevedere una serie di sensori in grado di monitorare le reali condizioni d'impiego e l'eventuale presenza di un danno. Un SHM può operare un controllo statico, ovvero monitorare solo i parametri variabili lentamente durante un periodo di osservazione e valutarne la tendenza (ad esempio uno spostamento assoluto o relativo), oppure un controllo dinamico, monitorando caratteristiche come le vibrazioni o le oscillazioni della struttura. I dati raccolti consentono l'impiego di metodi intelligenti di rilevamento, di gestione e di analisi che vanno a popolare una banca dati storica della struttura o altre banche dati per classi di strutture simili. Questi dati possono anche essere utilizzati, nel caso, per indagini forensi. È la norma UNI/TR 11634:2016, in particolare, a fornire le linee guida per il monitoraggio strutturale.

 

Cosa è e cosa fa un SHM

In concreto, un sistema SHM fornisce al responsabile della manutenzione un supporto molto oggettivo sullo stato dell'opera il che risulta estremamente strategico quando si tratta di intraprendere  azioni di manutenzione critiche dell'opera o di decidere se limitarne l'uso. Un sistema di monitoraggio di questo tipo può essere impiegato anche durante la fase di costruzione, consentendo così di verificare le ipotesi progettuali e di controllare le operazioni di realizzazione. A questi obiettivi possono contribuire anche le tecniche di simulazione associate all'impiego di BIM (Building Information Modeling) che in Italia è diventato obbligatorio dal 2019 per tutte le opere pubbliche a partire dai 100 MLN di euro. Da indagini di settore risulta che il 64% dei problemi di degrado deriva da deficienze del processo di costruzione, il 12% da errore di progettazione e il resto da altre motivazioni. Secondo gli esperti, i costi di realizzazione e di gestione di un SHM incidono in minima parte rispetto al budget complessivo dell'opera. Alcune esperienze di utilizzo per i ponti, ad esempio, risulta che consentono di ridurre il ciclo di vita dell'opera del 10%.

L'architettura di un SHM

Un sistema SHM ha un'architettura di tipo distribuito destinata al monitoraggio di una o più strutture. Le tecnologie di riferimento sono diverse. È possibile impiegare dispositivi e apparati sistemati a terra e/o sensori alloggiati come payload su satelliti deputati all'osservazione terrestre, posizionati su elicotteri o droni.

 

Monitoraggio 4.0

Rispetto al monitoraggio strutturale per la raccolta delle informazioni, la qualità della connessione (soprattutto fibra ottica, 4G e 5G) è un fattore abilitante primario per una diagnosi predittiva e tempestiva. Una vasta, capillare e ampia rete di sensori genera flussi di dati continui, a loro volta elaborati dall'AI. Agli algoritmi di data analysis il compito di ottimizzare i processi manutentivi, gestiti attraverso una piattaforma di elaborazione, soprattutto se fruita in modalità As a Service, garantisce informazioni puntuali e immediatamente disponibili in modalità multicanale e multipiattaforma, abbattendo drasticamente i costi legati alle attività di monitoraggio e manutenzione delle infrastrutture.

 

26 febbraio 2020