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Il monitoraggio attivo come valore aggiunto nella sorveglianza dei ponti e delle opere d’arte

Nuovi sistemi di monitoraggio basati su un approccio innovativo denominato “monitoraggio attivo”

sfondo ventura

Immagine di sfondo: photo credit: www.repstatic.it

In due articoli proposti su “Strade & Autostrade” n° 138 Novembre/Dicembre 2019, rispettivamente a pag. 45 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/verifiche-monitoraggio-e-manutenzione-dei-viadotti-autostradali/ e a pag. 48 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/un-metodo-grafico-per-la-valutazione-della-precompressione-residua/, abbiamo trattato gli esiti delle visite ispettive straordinarie per la sicurezza dei viadotti e l’analisi dello stato manutentivo.

Sul successivo n° 139 Gennaio/Febbraio 2020, rispettivamente a pag. 84 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/le-verifiche-di-sicurezza-slu-e-di-funzionalita-sle/ e a pag. 86 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/la-verifica-temporanea-delle-strutture-esistenti/, abbiamo approfondito i criteri per effettuare verifiche temporanee di sicurezza delle strutture illustrando l’importanza della scelta delle eventuali misure di mitigazione del danno da applicare, in termini di limitazioni, all’uso dell’opera ovvero di restrizioni al traffico, in relazione alle conseguenze che queste producono sulla circolazione stradale.

Nell’articolo pubblicato sul fascicolo n° 140 Marzo/Aprile 2020 a pag. 40 con https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/la-verifica-delle-strutture-esistenti-gli-aspetti-principali/ abbiamo trattato l’importanza della fase conoscitiva e, quindi, delle ispezioni delle strutture esistenti e dei controlli nel tempo che sulle stesse vanno effettuate.

A conclusione di essi, lo Scrivente ha sviluppato sistemi di monitoraggio basati su un approccio innovativo, denominato “Monitoraggio Attivo”: li trattiamo in questo articolo.

Viadotti
1. Un esempio di controllo su un viadotto con metodo By Bridge (photo credit: www.ilnordestquotidiano.it)

La crescente diffusione dei sistemi di monitoraggio strutturale come strumento di vigilanza di ispezione dello stato dei ponti e, in generale, delle opere d’arte è spesso limitata a poco più di una raccolta di dati la cui interpretazione risulta di difficile attuazione pratica.

Nei sistemi di monitoraggio tradizionale:

  • i dati sono acquisiti dalla strumentazione e memorizzati;
  • si controlla che le grandezze acquisite siano entro prefissati valori di soglia;
  • il report del monitoraggio è limitato ai valori che le grandezze fisiche hanno avuto nel tempo;
  • l’interpretazione dei dati viene demandata a consulenze specialistiche. Tuttavia, risulta difficile capire quando tali consulenze debbano essere attivate;
  • non si ha alcuna informazione sulla coerenza tra comportamento atteso e misurato della struttura;
  • a seguito di eventi eccezionali è necessaria una consulenza specialistica per capire se il comportamento resistente ha subito variazioni significative.
Monitoraggio
2. (photo credit: www.headtopics.com)

In questo contesto il sistema di monitoraggio può costituire un onere per l’Ente proprietario/Gestore a fronte di ben poco beneficio, non essendo di ausilio alle operazioni di vigilanza ed ispezione richieste dalle Norme per la mancanza della immediata interpretazione ingegneristica dei dati.

Si richiama infatti che la Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici n° 34233 del 25 Febbraio 1991 (Istruzioni relative alla Normativa tecnica dei ponti stradali) richiede (art. 9, punto 9.3) un sistematico controllo delle condizioni statiche e di buona conservazione dei ponti la cui frequenza deve essere commisurata alle caratteristiche e alla importanza dell’opera, nonché alle risultanze della vigilanza.

Inoltre, la precedente Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici n° 6736/61A1 del 19 Luglio 1967 “Controllo delle condizioni di stabilità delle opere d’arte stradali” sottolinea che la vigilanza sullo stato di consistenza e sulla statica delle opere d’arte e dei manufatti stradali debba essere permanente.

Per superare queste limitazioni, lo Scrivente ha recentemente sviluppato sistemi di monitoraggio basati su un approccio innovativo denominato “Monitoraggio Attivo”. Tali sistemi sono stati installati su strutture di differente tipologia in ambito stradale, ferroviario e anche di controllo di edifici.

sorveglianza
3. (photo credit: www.headtopics.com)

Il Monitoraggio Attivo implementa:

  • algoritmi di analisi continua dei dati;
  • verifiche in tempo reale del comportamento strutturale rispetto ad un modello di calcolo appositamente sviluppato;
  • individuazione dell’attivazione di meccanismi di crisi locali o globali fissati in fase di progettazione della struttura.

Il termine “Attivo” si riferisce quindi alla capacità del sistema di monitoraggio di effettuare una analisi continua dei dati dei sensori in assenza di intervento umano e di notificare potenziali situazioni di attenzione. Si osservi in particolare che:

  • i sistemi di Monitoraggio Attivo sono basati sulla misura di grandezze ingegneristiche quali rotazioni, spostamenti, deformazioni, temperature e non su tecniche di identificazione dinamica della struttura. Mentre le prime forniscono indicazioni che possono dare un quadro chiaro delle eventuali problematiche strutturali, la variazione delle caratteristiche dinamiche della struttura è molto difficilmente collegabile a un’origine certa del danno strutturale. Inoltre, la misura di grandezze fisiche dirette quali quelle sopra accennate consente di individuare problematiche strutturali prima che il danneggiamento della struttura abbia luogo, ovvero prima che siano osservabili variazioni significative alle caratteristiche dinamiche della struttura;
  • i sistemi di Monitoraggio Attivo non controllano semplicemente le grandezze fisiche confrontandole con soglie prefissate ma verificano in tempo reale, attraverso modelli di calcolo appositamente sviluppati e specifici per l’opera, che le grandezze siano in corretta relazione tra loro. I sistemi sono quindi in grado di segnalare situazioni di attenzione anche quando tutte le grandezze sono entro i limiti stabiliti dalle relazioni di progetto, mentre l’anomalia è segnalata identificando che la correlazione tra le grandezze non è quella attesa.

Al contrario dei tradizionali sistemi di monitoraggio o di quelli di controllo delle caratteristiche dinamiche della struttura, il Monitoraggio Attivo genera informazioni di immediata rilevanza ingegneristica (attraverso la continua comparazione tra il comportamento strutturale atteso e quello misurato) che si inquadrano quindi direttamente nella sorveglianza continua dell’opera d’arte richiamata dalle Norme.

strumentazione
4. (photo credit: www.isnews.it)

La progettazione di un sistema di monitoraggio, sia di tipo tradizionale che attivo, non può prescindere da un attento ricalcolo della struttura con le azioni tipiche di esercizio della stessa e da un’analisi dei meccanismi di collasso potenziali in modo da individuare correttamente sia i punti da monitorare che le prestazioni richieste per i sensori in termini di accuratezza, di risoluzione della misura, di deriva termica e di deriva nel lungo periodo nonché per il sistema di acquisizione in termini di risoluzione, intervallo di campionamento e condizioni operative.

In generale, si richiede che la relazione di progetto del sistema di monitoraggio sia accompagnata da una valutazione quantitativa dell’idoneità dei sensori e della catena di acquisizione agli obiettivi del monitoraggio.

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