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Structural Health Monitoring (monitoraggio strutturale) - tutto quello che c’è da sapere

Structural Health Monitoring (monitoraggio strutturale): tutto quello che c’è da sapere

Tempo di lettura stimato: 9 minuti

Il monitoraggio strutturale, o Structural Health Monitoring (SHM), è un processo che implica una serie di tecniche progettate per valutare le condizioni di diversi tipi di strutture. Scopri di più

Il monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring) è indispensabile per prevenire eventuali problematiche che possono minare la sicurezza pubblica. Vediamo in questo articolo di cosa si tratta e come queste attività si stanno sviluppando grazie all’applicazione di nuove tecnologie e sistemi digitali innovativi per il monitoraggio e la manutenzione delle strutture. Per agevolare il tuo lavoro, è necessario uno structural health monitoring software così puoi raccogliere tutte le informazioni necessarie a garantire integrità e sicurezza per edifici, ponti, strade e tutte gli altri tipi di infrastrutture.

Structural Health Monitoring - Monitoraggio strutturale

Structural Health Monitoring – Monitoraggio strutturale

Introduzione al monitoraggio strutturale

Il monitoraggio strutturale, o Structural Health Monitoring (SHM), è un processo che implica una serie di tecniche progettate per valutare le condizioni di strutture come ponti, edifici e infrastrutture, al fine di garantirne la sicurezza e l’efficienza operativa.

Questo campo si sta evolvendo rapidamente con l’avvento di nuove tecnologie, come l’intelligenza artificiale e il machine learning, che stanno portando a nuove possibilità e sfide. Le informazioni raccolte attraverso il monitoraggio strutturale possono essere utilizzate per identificare potenziali problemi, prevedere future difficoltà e guidare le decisioni su come gestire e mantenere le infrastrutture esistenti.

In sintesi, il monitoraggio strutturale è una disciplina fondamentale per la sicurezza e l’efficienza delle nostre infrastrutture e l’approccio basato sui dati al monitoraggio strutturale. Insieme all’utilizzo di tecniche avanzate, come l’intelligenza artificiale e il machine learning, offre un enorme potenziale per migliorare la gestione delle infrastrutture in tutto il mondo.

Elementi di un sistema di monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring)

Un sistema di monitoraggio strutturale è un insieme di strumenti e procedure progettati per monitorare e valutare le condizioni di una struttura, come un edificio, un ponte, una diga o un’altra infrastruttura. Comprende sensori, hardware di acquisizione dati, BIM IoT Platform per l’analisi e l’interpretazione dei dati e strategie per prendere decisioni basate sui dati acquisiti.

Si tratta di sistemi fondamentali per garantire la sicurezza, identificare eventuali problemi strutturali e pianificare le attività di manutenzione:

  1. sensori: i sensori sono gli elementi più fondamentali di un sistema di monitoraggio strutturale. Possono includere accelerometri, inclinometri, sensori di deformazione, sensori di temperatura, sensori di umidità e molti altri. Questi sensori rilevano e registrano vari parametri fisici che possono indicare cambiamenti nella condizione della struttura.
  2. hardware di acquisizione dei dati: questo componente raccoglie i dati dai sensori e li trasmette al sistema di elaborazione dei dati. Questo può includere moduli di acquisizione dati, sistemi di trasmissione dati e altri dispositivi.
  3. software di elaborazione dei dati (SHM – Structural Health Monitoring software): questo è il cuore del sistema di monitoraggio strutturale. Questo software riceve i dati dall’hardware di acquisizione dei dati, li elabora e produce risultati utili. Questi risultati possono includere grafici, diagrammi, tabelle e altri visualizzazioni che rendono i dati facilmente comprensibili.
  4. modelli di interpretazione dei dati: questi sono algoritmi o procedure utilizzati per interpretare i dati raccolti. Questi modelli possono aiutare a identificare tendenze, rilevare anomalie e prevedere possibili problemi futuri.
  5. protocolli di risposta: questi sono piani d’azione che vengono implementati quando il sistema di monitoraggio strutturale rileva un problema. Questi possono includere procedure di manutenzione, evacuazione, o altri interventi.

In conclusione, un sistema di monitoraggio strutturale è un insieme complesso di componenti che lavorano insieme per monitorare e mantenere l’integrità di una struttura. Il successo di questi sistemi dipende dalla qualità dei sensori, dall’efficacia dell’hardware e del software di acquisizione e di elaborazione dei dati e dalla capacità di interpretare e rispondere adeguatamente ai dati raccolti.

Il monitoraggio strutturale nell’ingegneria civile

Il monitoraggio strutturale nell’ingegneria civile rappresenta una parte fondamentale del processo di progettazione, costruzione e manutenzione delle infrastrutture. Questo componente critico garantisce che le strutture abbiano risposte adeguate durante la loro vita utile, fornendo una sicurezza ottimale e contribuendo alla sostenibilità economica dell’opera.

Lo Structural Health Monitoring in campo civile consiste nell’osservazione e nel tracciamento delle condizioni di una struttura nel tempo, tramite l’uso di sensori e strumenti di misura, con l’obiettivo di identificare possibili problemi prima che diventino critici. Ciò consente di eseguire interventi di manutenzione preventiva, evitando guasti strutturali che potrebbero comportare costi molto più elevati e rischi per la sicurezza.

Gli ingegneri civili utilizzano una serie di tecniche e strumenti per monitorare le strutture. Questi includono, ma non sono limitati a, sensori di deformazione, accelerometri, sensori di umidità, sensori di temperatura, sensori di spostamento, ecc. Tali strumenti rilevano variazioni nelle condizioni strutturali (movimenti, deformazioni, cambiamenti di temperatura o umidità) e trasmettono le informazioni a un sistema di acquisizione dati.

I dati raccolti vengono, quindi, analizzati utilizzando software di elaborazione dei dati. Questi programmi sono in grado di interpretare grandi quantità di dati e di identificare modelli e tendenze. Grazie all’analisi effettuata, gli ingegneri possono determinare se la struttura sta subendo stress o danni, e se è necessario intervenire.

Un altro aspetto critico del monitoraggio strutturale nell’ingegneria civile è la pianificazione e l’implementazione di protocolli di risposta. Quando il sistema di monitoraggio rileva un problema, questi protocolli forniscono una roadmap per le azioni da intraprendere, che possono includere ulteriori ispezioni, riparazioni, rinforzi strutturali o, nei casi più gravi, evacuazione e demolizione.

Quindi, grazie all’uso di tecnologie avanzate e alla capacità di analizzare e interpretare grandi quantità di dati, gli ingegneri civili possono prevenire problemi strutturali, minimizzare i costi di manutenzione e garantire la sicurezza delle persone e delle proprietà.

Structural Health Monitoring nell'ingegneria civile

Structural Health Monitoring nell’ingegneria civile

Monitoraggio strutturale dei ponti

Il monitoraggio strutturale dei ponti è una disciplina fondamentale nell’ambito dell’ingegneria civile. Questo processo implica l’utilizzo di metodologie e tecnologie avanzate per osservare le condizioni fisiche di un ponte durante il suo ciclo di vita, al fine di identificare e gestire qualsiasi potenziale rischio per l’integrità strutturale.

Questo sistema non si limita al solo periodo post-costruzione, ma inizia sin dalla fase di progettazione. Durante questa fase, gli ingegneri utilizzano una serie di strumenti di calcolo per predire il comportamento della struttura sotto diversi carichi e condizioni ambientali. Questi modelli, tuttavia, si basano su una serie di presupposti che potrebbero non corrispondere esattamente alla realtà. Pertanto, una volta costruito il ponte, è necessario un monitoraggio costante per verificare se il comportamento reale della struttura corrisponde alle previsioni.

L’obiettivo principale del monitoraggio strutturale dei ponti è di garantire la sicurezza dell’infrastruttura e di coloro che la utilizzano. Per fare ciò, gli ingegneri devono rilevare qualsiasi anomalia nel comportamento della struttura, come un eccessivo movimento, deformazioni inaspettate, o danni causati da eventi ambientali o da carichi di traffico. Questo viene fatto attraverso l’uso di una serie di sensori installati sul ponte (accelerometri, sensori di deformazione, giroscopi, termocoppie, ecc.).

I dati raccolti dai sensori vengono poi analizzati utilizzando software specializzati, che permettono di identificare e interpretare qualsiasi variazione rispetto ai modelli di comportamento attesi. Se i dati indicano un potenziale problema, gli ingegneri possono intervenire tempestivamente per effettuare riparazioni o rinforzi strutturali, evitando così incidenti o danni più gravi.

Inoltre, il monitoraggio strutturale dei ponti contribuisce anche alla loro manutenzione e gestione nel lungo termine. Analizzando i dati storici, gli ingegneri possono comprendere meglio come la struttura risponde nel tempo a diversi fattori, come il carico di traffico, le condizioni meteorologiche, l’invecchiamento dei materiali, ecc. Questo permette di pianificare la manutenzione in modo più efficace e di prevenire problemi prima che si verifichino.

Infine, solo attraverso un monitoraggio accurato e continuo è possibile garantire la sicurezza e l’efficienza dei ponti, salvaguardando la vita delle persone e contribuendo alla sostenibilità delle nostre infrastrutture.

Monitoraggio strutturale degli edifici

Similmente ai ponti, gli edifici richiedono un monitoraggio costante per garantire la loro sicurezza e integrità e può rivelare segni di degrado, danni da eventi come terremoti o inondazioni, o semplicemente l’usura naturale del tempo.

Per fornire una valutazione accurata dello stato di salute strutturale di un edificio è importante tenere in considerazione una serie di fasi e componenti fondamentali che si combinano tra di loro:

  1. pianificazione del monitoraggio: prevede la definizione degli obiettivi del monitoraggio, la selezione dei parametri da misurare e la progettazione del sistema di monitoraggio. Gli obiettivi possono variare in base alla tipologia di struttura, al suo stato attuale, all’uso dell’edificio e ad altri fattori. I parametri da monitorare possono includere movimenti strutturali, deformazioni, sollecitazioni, temperature, umidità, vibrazioni ed altri ancora.
  2. installazione dei sensori: a seconda dei parametri selezionati, vengono installati vari tipi di sensori nell’edificio. Questi possono includere accelerometri per misurare le vibrazioni, estensimetri per monitorare le deformazioni, termocoppie per la temperatura, idrometri per l’umidità, e così via. La posizione e la configurazione dei sensori vengono scelte in base alla struttura dell’edificio e ai punti critici da monitorare.
  3. raccolta dei dati: i sensori raccolgono dati in tempo reale o a intervalli prefissati e li inviano a un sistema di acquisizione dati. Questo sistema può essere basato su un computer locale o su una piattaforma cloud, e consente la registrazione, l’archiviazione e l’elaborazione dei dati.
  4. analisi dei dati: i dati raccolti vengono poi analizzati utilizzando software specifici. Questi strumenti permettono di identificare eventuali variazioni rispetto ai valori di riferimento, segnalando possibili anomalie o problemi strutturali. L’analisi può includere anche tecniche di modellazione e simulazione per prevedere il comportamento futuro della struttura.
  5. intervento: in base ai risultati dell’analisi, gli ingegneri possono decidere di effettuare interventi correttivi o di manutenzione sulla struttura. Questi possono includere rinforzi strutturali, riparazioni, modifiche al carico o all’uso dell’edificio e altre misure.
  6. report e comunicazione: infine, i risultati del monitoraggio e le azioni intraprese vengono documentati e comunicati alle parti interessate. Questo può includere proprietari di edifici, autorità di regolamentazione, assicuratori, e altri.

Il monitoraggio strutturale degli edifici è un processo continuo che richiede un monitoraggio costante e un aggiornamento periodico del sistema di monitoraggio per adattarsi alle variazioni delle condizioni dell’edificio e del suo ambiente. In questo modo, è possibile garantire la sicurezza e la durabilità delle strutture, proteggendo la vita delle persone e preservando il valore degli edifici.

Durabilità strutturale e monitoraggio della salute

La durabilità strutturale e il monitoraggio della salute vanno di pari passo e, per questo, è bene individuare le definizioni di entrambi:

  • la durabilità si riferisce alla capacità di una struttura di resistere nel tempo e di sopportare le condizioni ambientali ed è una caratteristica fondamentale nelle strutture. Essa è influenzata da una serie di fattori, tra cui i materiali utilizzati, le tecniche di costruzione, le condizioni ambientali, l’uso della struttura e le pratiche di manutenzione. Per garantire la durabilità strutturale, è necessario prevedere e gestire una serie di potenziali problemi e rischi, come il deterioramento dei materiali dovuto a condizioni ambientali avverse, i carichi eccessivi, le vibrazioni, i difetti di costruzione ed altri ancora.
  • il monitoraggio della salute, invece, aiuta a garantire che la struttura mantenga questa durabilità. Il monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring, SHM) è una disciplina che utilizza una serie di tecniche e tecnologie per rilevare e analizzare i cambiamenti nelle proprietà strutturali e nel comportamento di una struttura. Questo può includere l’uso di sensori per misurare vari parametri (come le deformazioni, le vibrazioni, la temperatura, l’umidità, e altri), l’elaborazione dei dati, l’analisi e l’interpretazione dei risultati e la pianificazione e l’implementazione di interventi correttivi o di manutenzione. Il monitoraggio della salute strutturale permette di identificare precocemente eventuali problemi o anomalie, prevenire o mitigare il deterioramento strutturale, ottimizzare le operazioni di manutenzione e riparazione, e estendere la durata utile della struttura. Il monitoraggio può essere effettuato in modo continuo o a intervalli prefissati, e può essere basato su un approccio reattivo (in risposta a specifici eventi o segnali) o proattivo (basato su un piano di monitoraggio prestabilito).

Attraverso un approccio integrato che combina una progettazione e una costruzione di qualità con un monitoraggio e una manutenzione efficaci, è possibile garantire la sicurezza, la funzionalità e la durabilità delle strutture nel tempo.

Gestione delle infrastrutture esistenti | Programmazione manutenzione

Gestione delle infrastrutture esistenti | Programmazione manutenzione

 

Intelligenza artificiale nel monitoraggio strutturale: una prospettiva di machine learning

L’intelligenza artificiale (IA) e il machine learning stanno rivoluzionando il campo dello Structural Health Monitoring. Gli algoritmi di apprendimento automatico possono analizzare enormi quantità di dati raccolti dai sensori, identificare modelli e tendenze, e prevedere potenziali problemi strutturali con una precisione mai vista prima. Questo apre nuove possibilità per il monitoraggio strutturale, rendendo le nostre infrastrutture ancora più sicure ed efficienti.

L’applicazione dell’intelligenza artificiale (IA) nel monitoraggio strutturale si basa sulla capacità dell’IA di elaborare e interpretare grandi quantità di dati e da questi riuscire ad apprendere le informazioni. L’IA può quindi aiutare a identificare e prevedere i problemi strutturali, migliorando l’efficienza e l’efficacia del monitoraggio e della manutenzione.

Ecco alcuni modi in cui l’IA può essere applicata nel monitoraggio strutturale:

  1. rilevamento e diagnosi di anomalie: gli algoritmi di machine learning possono essere addestrati per riconoscere modelli nei dati di monitoraggio strutturale, identificare anomalie o variazioni rispetto a questi modelli e diagnosticare potenziali problemi. Ad esempio, un algoritmo potrebbe essere addestrato a rilevare variazioni nelle vibrazioni di un ponte che potrebbero indicare un danno strutturale;
  2. previsione del deterioramento strutturale: l’IA può essere utilizzata per sviluppare modelli di previsione che stima quando e dove potrebbero verificarsi problemi strutturali in base a vari fattori, come i dati storici di monitoraggio, le condizioni ambientali e le caratteristiche della struttura. Ad esempio, si potrebbe prevedere l’insorgenza della corrosione in un edificio di acciaio in base a fattori come l’umidità e la temperatura;
  3. ottimizzazione della manutenzione: gli algoritmi di IA possono aiutare a pianificare e ottimizzare le operazioni di manutenzione, ad esempio determinando il momento ottimale per effettuare le riparazioni per minimizzare i costi e l’impatto sulle operazioni. Questo è spesso definito come manutenzione predittiva.
  4. analisi delle immagini: l’IA può essere utilizzata per analizzare le immagini o i video delle strutture, ottenute tramite droni o altre tecnologie. Gli algoritmi di machine learning possono essere di aiuto nell’individuazione di determinate caratteristiche, come crepe o deformazioni, che potrebbero indicare un danno strutturale.

Per esempio, recentemente alcune aziende di ingegneria hanno iniziato a utilizzare droni equipaggiati con telecamere ad alta risoluzione e algoritmi di IA per ispezionare le strutture di ponti ed edifici. Gli algoritmi hanno analizzato le immagini per rilevare potenziali problemi, come crepe o corrosione, difficili da rilevare ad occhio nudo. Questo permette di eseguire ispezioni più rapide, sicure ed efficaci rispetto ai metodi tradizionali.

Il monitoraggio strutturale è un campo in rapida evoluzione che gioca un ruolo fondamentale nella sicurezza e l’efficienza delle nostre infrastrutture. Con l’avvento di tecnologie come l’intelligenza artificiale e il machine learning, le possibilità sono veramente illimitate.

 

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