Condividi, , Google Plus, LinkedIn,

Stampa

Pubblicato in:

Monitoraggio infrastrutturale dinamico di un ponte

Un esempio di monitoraggio preventivo di un manufatto stradale con l’impiego di una rete di sensori accelerometrici triassiali con tecnologia MEMS: il progetto-pilota del Comune di Legnano

sfondo west

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/smart-road-digital-transformation/dynamic-bridge-infrastructure-monitoring/

Questo articolo illustra un esempio applicativo di monitoraggio di infrastrutture in tempo reale, mediante l’utilizzo di sensori triassiali accelerometrici (MEMS – Micro Electro Mechanical System), una tipologia di dispositivi che consente di essere configurata in campo per il rilievo di diversi parametri come: vibrazioni, sollecitazioni, ecc…

Diversi sono i tipi di sensori che possono fornire informazioni sull’integrità strutturale di natura differente e fra loro complementari.

Si va dai misuratori di forza nella connessione tra i giunti, ai sensori a fibra ottica in grado di rilevare anche le deformazioni nelle strutture, agli accelerometri che misurano le vibrazioni e così via.

I risultati dell’analisi modale e l’elaborazione delle informazioni raccolte sono i dati di ingresso di un modello matematico di riferimento in grado di rilevare se nel ponte intervengano cambiamenti dei modi di vibrazione (autovalori e frequenze naturali) che potrebbero essere indicativi di danni potenziali.

Queste tecnologie si possono adattare anche a ponti e viadotti esistenti, specialmente se si fa un ampio uso delle tecnologie wireless che non richiedono interventi invasivi sulle strutture.

Monitoraggio
1. Le tipologie di infrastrutture pubbliche oggetto di monitoraggio

Infatti, le reti intelligenti di sensori wireless sono molto più facili da implementare delle strutture cablate, che sono anche più costose e richiedono particolare cura a causa della necessità di posare cavi e praticare fori.

Fra le principali limitazioni, si deve tenere conto che l’installazione dei sensori potrebbe essere complicata se l’interno del ponte non è accessibile o lo è difficilmente.

Inoltre, nei ponti esistenti non sono noti i dati storici dei processi di traffico, carico e deterioramento, il che rende più complicata la valutazione, quanto meno fintanto che non vi sarà una accumulazione statisticamente significativa.

Nel progetto-pilota del Comune di Legnano è stato impiegato un sensore triassiale accelerometrico al fine di rilevare le sollecitazioni statiche (vibrazioni da traffico stradale) alle quali è sottoposta la struttura.

Il sistema permette di rilevare eventi anomali di vibrazione in modo da indirizzare due insiemi principali di azione:

  • azioni prescrittive, ad esempio, a seguito di eventi di natura incidentale per le strutture: immaginiamo il transito di un camion che viene rilevato mediante telecamere di sorveglianza e che genera anomalie per via della sua massa. In via prescrittiva si potrebbe inibire il transito a quella tipologia di masse. Nell’ambito delle strutture storiche, invece, si può supportare l’adozione di politiche di conservazione mediante l’utilizzo di misure di limitazione del traffico finalizzate a garantire una riduzione del rischio di crollo o danneggiamento del bene dovuto alle vibrazioni indotte;
  • azioni predittive: nell’ambito della preservazione delle strutture, vengono verificate le continue vibrazioni a cui è sottoposto il manufatto (per esempio, traffico) definendo matrici di analisi su un asse temporale, al fine di capire se è necessario procedere a manutenzione preventiva.

I rilevamenti svolti possono essere base di analisi, verifica e confronto rispetto ai modelli di calcolo e rilevazioni statiche, utili a comprendere se vengono superati eventuali punti di allarme rispetto alla modalità di oscillazione prevista come “range” naturale di comportamento della struttura.

Ponti
2. Ponte in mattoni e cemento armato di via per Castellanza, nel comune di Legnano

Il progetto pilota nel comune di Legnano

WESTPOLE, Società che come mission promuove la Digital Transformation di Aziende pubbliche e private (con i suoi partner SEINGIM e Area Etica), ha sviluppato un progetto-pilota di monitoring infrastrutturale per il Comune di Legnano, che recentemente ha posto particolare attenzione alle tematiche relative alla sicurezza dei luoghi e delle infrastrutture, valutando le opportune soluzioni di analisi in tempo reale delle performance delle strutture.

Tra i manufatti presi in considerazione si descrive l’intervento effettuato su un ponte in laterizi e calcestruzzo armato (sito nella via per Castellanza).

Per rispondere alle esigenze dell’Ente Pubblico si è concretizzata l’aggregazione di un team di Aziende estremamente specializzate per aree di competenza.

Dal Dicembre 2018 il sistema installato verifica il ponte 24 ore al giorno e trasmette le informazioni via Internet; una volta elaborate, l’Amministrazione Comunale è in grado di decidere con precisione se e quali interventi attuare.

Infatti, i dati relativi allo stato di salute del ponte sono nella disponibilità del Comune al fine di valutare i lavori di manutenzione più appropriati per tenerlo in perfette condizioni; il sensore in funzione rileva oscillazioni anche minime e trasmette i dati al Cloud di WESTPOLE che raccoglie ed elabora le informazioni messe a disposizione del Comune di Legnano.

WESTPOLE, attraverso il Service Operations Center sito nella sede di Roma, controlla la funzionalità dell’applicazione, che è in grado di allertare tempestivamente e proattivamente le Autorità e i Professionisti competenti in caso di comportamenti anomali.

La soluzione è, quindi, composta da:

  • mappatura in tempo reale delle strutture a rischio;
  • segnalazione di anomalie e prevenzione dei rischi;
  • condivisione in tempo reale delle informazioni con tutti gli Stakeholder;
  • analisi puntuale del comportamento delle strutture.
Westpole
3. Sensoristica vibrazioni ad alta sensibilità

Per mezzo della soluzione di monitoraggio realizzata da WESTPOLE, il Comune di Legnano si è quindi dotato dell’analisi dello stato di salute della struttura in relazione ad alcuni specifici aspetti – in tempo reale -, così da evidenziare eventuali criticità non note, ma anche di stabilire un’effettiva gerarchia dell’urgenza degli interventi.

Inoltre, grazie alla strumentazione installata sull’infrastruttura, è possibile individuare criticità senza sopralluoghi, ma direttamente grazie alle segnalazioni dei sensori.

Infine, è garantito un servizio di prevenzione che, partendo da dati complessi, mette a disposizione uno strumento in cui l’informazione viene semplificata e rappresentata in modo tale da consentire delle azioni di manutenzione o messa in sicurezza mirate sul territorio.

Si dettagliano gli elementi infrastrutturali della soluzione:

  • sensoristica vibrazioni, ad alta sensibilità direttamente installato e solidale con la struttura da monitorare (Figura 3 sopra);
  • Edge: ricevitore/trasmettitore segnali da sensore (Figura 4);
  • servizio Cloud;
  • applicazione software e dashboard.
Sensori
4. Edge, ricevitore/trasmettitore segnali da sensore

Il sensore è utilizzato per le misurazioni in bassa frequenza utilizzando tecnologia di accelerazione MEMS a tre assi:

  • basso costo rispetto al sismografo;
  • rilevamento stabile incluso basso frequenza (0,1 Hz~30 Hz);
  • misura a basso rumore (per tipo di sensore piezoelettrico);
  • disponibile per uso esterno (equivalente a IP67);
  • raccolta dati online.

I sensori collocati in corrispondenza della volta rilevano i dati che vengono acquisiti da un sistema denominato Edge e – in seguito a decodifica – vengono trasmessi in rete verso il Cloud di WESTPOLE, utilizzando l’esistente copertura mobile.

L’infrastruttura Cloud, opportunamente criptata, è raggiungibile da terminale remoto con apposito sistema di cifratura. Il sistema Edge (ricevitore/trasmettitore dati) è installato in loco su un palo per illuminazione stradale, ad una altezza idonea a proteggerne l’accesso e adiacente alla sensoristica.

Tutti i dati trasmessi dal sensore sono archiviati/storicizzati in Cloud e presentati da una applicazione software con propria interfaccia operatore.

I dati provenienti dai sensori vengono aggregati all’interno dell’Edge, presente sul campo, che provvede ad effettuare un’elaborazione più o meno profonda:

  • al primo livello normalizza il dato e poi lo assimila a un record funzionale agli scopi di analisi successiva;
  • in secondo luogo, se disponibile capacità computazionale adeguata, svolge funzioni di analytics per segnalare anomalie in merito alle sollecitazioni registrate e alla necessità di interventi immediati o pianificabili;
  • nel caso di informazioni sensibili, provvede a crittografare il dato prima della sua trasmissione e a rendere sicura la trasmissione stessa;
  • l’ultima fase prevede l’invio dei dati ad una piattaforma di aggregazione centralizzata per ulteriori elaborazioni.

Il Cloud, nel contesto del monitoraggio infrastrutturale, svolge un ruolo essenziale per:

  • mantenere i dati in sicurezza nei repository che saranno definiti per sottoinsiemi di pertinenza ai differenti “Edge Node”; ciò permette di mantenere isolati i vari contesti laddove si verifichi una violazione di un singolo Edge da un punto di vista logico o fisico;
  • effettuare analisi di Machine Learning e Artificial Intelligence per correlare anomalie che si verifichino nel field (ad esempio con tecniche di image recognition) in modo da ridurre gli interventi manuali necessari per capire l’origine dell’anomalia;
  • offrire in dashboard schematiche e riassuntive, i dati di sintesi, la capacità di effettuare un’analisi approfondita, al fine di permettere indagini ulteriori nel corso del tempo;
  • sarà ad esempio utile indicare situazioni di criticità distribuite per geolocalizzazione, dati aggregati o riassuntivi (medie, picchi, …), necessità di manutenzione.

Le attività operative sono articolate in due sottoinsiemi:

  • installazione sul campo;
  • installazione Cloud.

Alcuni dettagli della visibilità lato-utente:

  • sono presentate le sollecitazioni registrare negli ultimi 30 giorni solari;
  • l’applicazione è protetta da un sistema di autenticazione basto su nome utente e parola chiave.

Si riporta una schermata di esempio in Figura 5.

oscillazioni
5. Un grafico con frequenza al minuto del dettaglio delle oscillazioni

Conclusioni

Si evidenziano alcuni dei vantaggi che l’utente può trarre dalla soluzione e dall’utilizzo della dashboard:

  • analisi della struttura da parte del Comune che permetterà non solo di riportare eventuali criticità non note, ma anche di stabilire un’effettiva gerarchia dell’urgenza degli interventi. La sensoristica invia ogni 24 ore 8 milioni di oscillazioni, anche minime, trasmettendo i dati all’infrastruttura Cloud;
  • individuazione della criticità senza sopralluoghi e strumentazione installata sugli edifici (che potranno avvenire anche disgiuntamente);
  • servizio di prevenzione che, partendo da dati complessi, mette a disposizione uno strumento in cui l’informazione viene semplificata e aggregata in modo tale da consentire delle azioni di manutenzione o messa in sicurezza mirate sul territorio;
  • soluzioni personalizzate in base alle necessità dell’utente.

Più in generale, a nostro parere, si potrebbe concludere con una rapida sintesi di quelle che sono alcune fra le principali attività di prevenzione raccomandabili, riassumibili come segue:

  • la mappatura delle infrastrutture potenzialmente a rischio attraverso un inventario a cui fare seguire un catasto informatizzato;
  • la formazione di esperti che utilizzino ed applichino le information technology in ottica “Industria 4.0”;
  • l’applicazione di tecniche progettuali già sperimentate in relazione alla fragilità geologica del territorio in cui si opera;
  • l’aggiornamento della legislazione sintetizzata in una Legge Quadro;
  • la sensibilizzazione informata per una maggiore consapevolezza della popolazione presente nelle aree nelle quali insistono infrastrutture a rischio.

Chi è WESTPOLE

WESTPOLE nasce nel 2018 come carve out del Gruppo industriale Hitachi. Oggi detenuta al 100% dal Gruppo finanziario Livia, si posiziona sul mercato come partner di riferimento per la Digital Transformation delle Aziende, grazie a una esperienza di più di 40 anni nella gestione delle tecnologie innovative.

WESTPOLE accompagna le Aziende nello scale-up della Digital Transformation, fornendo gli strumenti tecnologici, la competenza e la consulenza necessari a completare con successo progettazione, implementazione, monitoring e gestione on going delle soluzioni.

Soluzioni, Persone e Competenze: la loro sintesi crea un mix differenziante ed unico. Negli uffici di Roma, Milano, Venezia e Bologna, oltre 250 persone con certificazioni e competenze, si svegliano ogni giorno con l’obiettivo di supportare i Clienti nelle loro sfide strategiche: il Cloud e l’Edge, i progetti infrastrutturali, la blockchain gli applicativi, le soluzioni in ambito security e i più moderni progetti di Internet of Things e Artificial Intelligence, arricchiti dalle capacità progettuali e di gestione della tecnologia.

Chi è SEINGIM

SEINGIM è una Società di Ingegneria Impiantistica fondata nel 1999 a Ceggia, in provincia di Venezia. Con dieci sedi operative sul territorio nazionale, l’azienda affronta e risolve in modo professionale e competente ogni problematica connessa ad attività di ingegneria impiantistica, sia in ambito civile che industriale.

La Società opera prevalentemente nei settori: Edifici, Infrastrutture, Energia (produzione e risparmio energetico), Oil & Gas, Petrolchimico, Chimico e Farmaceutico, e l’ambito di attività coinvolge tutte le discipline dell’ingegneria impiantistica elettrica, termoidraulica e HVAC, strumentale e automazione, antincendio, ambientale (audit energetico, risparmio ed efficienza energetica).

Il team – composto da Ingegneri, Disegnatori, Periti Tecnici e Progettisti – conta 200 addetti.

  For English version: https://www.stradeeautostrade.it/en/smart-road-digital-transformation/dynamic-bridge-infrastructure-monitoring/

>  Se questo articolo ti è piaciuto, iscriviti alla Newsletter mensile al link http://eepurl.com/dpKhwL  <