Ispezione e monitoraggio digitale dei tunnel: il futuro della sicurezza infrastrutturale

La gestione delle gallerie esistenti richiede un processo strutturato e continuo, basato sulla conoscenza dell’opera, sull’individuazione delle difettosità e sulla valutazione della loro evoluzione nel tempo.

L’obiettivo non è effettuare una verifica isolata, riferita ad un singolo momento, ma realizzare un sistema di monitoraggio dinamico in grado di seguire le variazioni delle condizioni strutturali, geotecniche e materiche della galleria.

Il processo si sviluppa attraverso livelli progressivi di approfondimento: dal censimento dell’opera si passa alle ispezioni, alla determinazione della classe di attenzione e, quando necessario, al monitoraggio strumentale e alle verifiche locali o globali. La gestione digitale permette inoltre di organizzare dati, rilievi, immagini, documenti e risultati delle analisi all’interno di un ambiente centralizzato.

Il monitoraggio dinamico delle infrastrutture esistenti

L’esigenza di aumentare il livello di conoscenza delle infrastrutture ha portato alla definizione di un sistema nazionale per la raccolta e l’organizzazione delle informazioni relative alle opere di rilevanza pubblica.

La legge 130/2018 e i successivi provvedimenti hanno dato impulso alla creazione dell’AINOP, l’Archivio informatico nazionale delle opere pubbliche, destinato a raccogliere informazioni, documenti e dati sullo stato delle costruzioni e delle infrastrutture presenti sul territorio nazionale.

A questo percorso si collegano:

• il decreto ministeriale 578/2020;
• le linee guida per ponti e viadotti, aggiornate nel 2022;
• le linee guida per la classificazione e gestione del rischio, la valutazione della sicurezza e il monitoraggio delle gallerie esistenti, pubblicate nel 2022;
• le istruzioni operative ANSFISA per l’applicazione delle linee guida.

Uno degli elementi centrali del nuovo approccio è il passaggio da una valutazione prevalentemente statica ad un sistema di monitoraggio dinamico.

Il controllo non si esaurisce con una singola ispezione o verifica, ma si sviluppa come un processo articolato in:

• attività di conoscenza eseguite direttamente sull’opera;
• ispezioni periodiche;
• valutazione dei risultati;
• eventuale acquisizione di dati mediante sensori;
• verifiche strutturali di dettaglio, quando necessarie.

Il sistema consente quindi di seguire nel tempo l’evoluzione delle condizioni della galleria e di aggiornare le decisioni relative alla gestione in esercizio.

I livelli di approfondimento

L’impostazione metodologica adottata per le gallerie riprende la struttura già definita per ponti e viadotti. Il percorso comprende diversi livelli di approfondimento:

• livello 0: censimento dell’opera;
• livello 1: ispezioni e rilievo delle difettosità;
• livello 2: determinazione della classe di attenzione;
• valutazioni preliminari e verifiche locali o globali;
• analisi della resilienza della rete.

I primi livelli permettono di conoscere l’opera e di valutarne le condizioni. I livelli successivi consentono di approfondire gli aspetti di sicurezza, stabilire le priorità e individuare l’eventuale necessità di interventi.

La valutazione non riguarda esclusivamente il singolo manufatto. Una galleria fa parte di un collegamento stradale e la sua indisponibilità può compromettere la funzionalità dell’intero tronco viario. Per questo motivo assume particolare importanza anche la capacità della rete di continuare a svolgere la propria funzione in presenza di limitazioni o interruzioni.

Livello 0: il censimento della galleria

Il livello 0 costituisce la fase iniziale del processo conoscitivo. Per ogni galleria devono essere raccolte e organizzate le informazioni necessarie a descrivere:

• localizzazione dell’opera;
• inquadramento territoriale;
• caratteristiche geometriche;
• caratteristiche materiche;
• tipologia costruttiva;
• funzione dell’opera;
• condizioni del sito;
• presenza di pericoli territoriali;
• eventuale esposizione a fenomeni franosi o alluvionali.

Il censimento consente all’ente gestore di costruire una conoscenza omogenea del patrimonio di propria competenza, sia esso autostradale, nazionale, regionale, provinciale o comunale. Non si tratta, quindi, di una semplice registrazione anagrafica. Le informazioni raccolte costituiscono la base per organizzare le successive attività ispettive e per interpretare correttamente le condizioni riscontrate sull’opera.

Livello 1: le ispezioni e il rilievo delle difettosità

Dopo il censimento si procede con le ispezioni eseguite direttamente in galleria. L’obiettivo è individuare e documentare le criticità relative:

• allo stato di conservazione dei materiali;
• agli elementi strutturali;
• alle componenti della galleria;
• alla presenza di danni o fenomeni di degrado.

Per rendere sistematica la localizzazione delle anomalie, la galleria viene suddivisa in conci, identificati lungo lo sviluppo metrico dell’opera.

Per ciascun concio vengono registrate le difettosità rilevate, come:

• cavità;
• fessurazioni;
• fratture;
• discontinuità;
• degrado dei materiali;
• infiltrazioni o presenza d’acqua;
• ulteriori anomalie visibili sulla superficie interna.

La suddivisione in conci permette di rappresentare puntualmente le condizioni dell’opera e di ricostruire la distribuzione delle criticità lungo l’intero sviluppo della galleria.

Le ispezioni sono prevalentemente visive e possono essere eseguite con il supporto di strumentazioni semplici. Ogni difetto viene classificato e descritto mediante parametri quali gravità, estensione e intensità.

Le indagini non distruttive nelle gallerie

L’ispezione delle gallerie presenta una difficoltà specifica: mentre molte opere fuori terra possono essere osservate da più lati, nella galleria è direttamente accessibile soprattutto la superficie interna del cavo. Per approfondire la conoscenza degli elementi non immediatamente visibili, le ispezioni possono essere integrate con indagini non distruttive. Tra le tecniche utilizzabili rientra il georadar, che può essere impiegato sulla calotta per analizzare la continuità e la coerenza del materiale lungo il suo spessore.

Le indagini possono consentire di individuare:

• differenze e disomogeneità dei materiali;
• fratture non visibili;
• cavità;
• variazioni dello spessore;
• presenza d’acqua;
• anomalie localizzate oltre la superficie direttamente ispezionabile.

La correlazione tra risultati strumentali e osservazioni visive permette di rappresentare con maggiore precisione lo stato effettivo dell’opera.

Livello 2: la classe di attenzione

I dati raccolti attraverso il censimento e le ispezioni confluiscono nella determinazione della classe di attenzione. La classe di attenzione rappresenta una valutazione semplificata del rischio associato alla galleria e dipende dalla combinazione di tre componenti:

• pericolosità;
• vulnerabilità;
• esposizione.

Per ciascuna componente vengono considerati parametri primari e secondari, organizzati secondo un approccio matriciale.

La pericolosità

La pericolosità rappresenta l’intensità dei fenomeni naturali o ambientali che possono interessare la galleria. Nel caso dell’azione sismica, ad esempio, è associata alla domanda sismica attesa nel sito, che può essere rappresentata attraverso l’accelerazione massima al suolo. La valutazione della pericolosità tiene conto del livello di conoscenza relativo a:

• caratteristiche geotecniche;
• condizioni idrologiche;
• caratteristiche geomeccaniche;
• fenomeni naturali presenti nel territorio.

La pericolosità dipende da condizioni sulle quali generalmente non è possibile intervenire direttamente. È però necessario conoscerle e descriverle in modo adeguato per valutare correttamente il rischio.

La vulnerabilità

La vulnerabilità rappresenta la capacità dell’opera di resistere alle azioni e ai fenomeni ai quali è sottoposta. La sua valutazione considera diversi fattori, tra cui:

• livello di difettosità rilevato durante le ispezioni;
• rapidità di evoluzione del degrado;
• influenza dell’acqua;
• condizioni dello strato di impermeabilizzazione;
• interazione con l’ammasso di terreno o roccia;
• tipologia della galleria;
• complessità costruttiva.

A differenza della pericolosità, la vulnerabilità può essere ridotta attraverso interventi di miglioramento, adeguamento, ripristino o consolidamento. Le informazioni raccolte concorrono alla determinazione della vulnerabilità strutturale globale e geotecnica della galleria.

L’esposizione

L’esposizione esprime la rilevanza dell’opera e le conseguenze derivanti da una sua eventuale perdita di funzionalità. Per una galleria stradale possono essere considerati:

• traffico giornaliero medio;
• lunghezza della galleria;
• presenza di itinerari alternativi;
• percentuale di mezzi pesanti;
• transito di merci pericolose;
• importanza del collegamento all’interno della rete.

La perdita di funzionalità non determina soltanto l’indisponibilità del manufatto, ma può interrompere il collegamento stradale sul quale la galleria è inserita. Una galleria collocata lungo l’unico itinerario disponibile tra due aree presenta quindi un’esposizione diversa rispetto a un’opera inserita in una rete dotata di percorsi alternativi.

Dalla classe di attenzione alle verifiche

La combinazione di pericolosità, vulnerabilità ed esposizione permette di assegnare alla galleria un livello di rischio e di stabilire le attività successive. Per le classi di attenzione basse o medio-basse, il processo può proseguire mediante la ripetizione periodica delle ispezioni. In presenza di classi medie, medio-alte o alte può essere necessario:

• attivare un sistema di monitoraggio;
• approfondire l’evoluzione dei fenomeni;
• eseguire valutazioni locali;
• effettuare verifiche globali;
• individuare le priorità di intervento;
• definire le modalità di gestione dell’opera in esercizio.

Il passaggio alle verifiche di dettaglio può avvenire anche prima della conclusione del procedimento di classificazione. Durante l’ispezione possono infatti essere rilevate condizioni particolarmente critiche, come quadri fessurativi marcati o degradi materici rilevanti, tali da richiedere l’esecuzione immediata di valutazioni più accurate.

La frequenza delle ispezioni

Il monitoraggio dinamico presuppone la ripetizione delle attività nel tempo. La frequenza delle ispezioni dipende dalle condizioni dell’opera e dalla classe di attenzione attribuita. Quando non sono presenti criticità rilevanti, le ispezioni delle gallerie possono essere programmate con intervalli fino a sei anni. In presenza di condizioni caratterizzate da un rischio più significativo, l’intervallo può ridursi fino a un anno.

Il confronto tra le diverse campagne ispettive permette di:

• verificare la stabilità delle difettosità;
• individuare eventuali evoluzioni del degrado;
• aggiornare la classe di attenzione;
• modificare la frequenza dei controlli;
• programmare verifiche o interventi.

La gestione digitale delle gallerie con usBIM.tunnel

Le attività di censimento, ispezione e classificazione possono essere gestite attraverso il software dedicato all’organizzazione delle informazioni relative alle gallerie. Il processo parte dalla geolocalizzazione del singolo asset e dalla compilazione dell’anagrafica di base. L’utente viene guidato nell’inserimento dei parametri mediante suggerimenti e indicazioni operative.

All’interno di un unico ambiente possono essere organizzati:

• dati anagrafici;
• documenti;
• rilievi;
• nuvole di punti;
• fotografie;
• schede ispettive;
• annotazioni;
• risultati delle analisi;
• classi di attenzione.

Il gemello digitale della galleria

Il rilievo dell’opera permette di creare un gemello digitale della galleria. Le fotografie a 360° possono essere georeferenziate e collegate alla nuvola di punti, realizzando un ambiente navigabile che consente di consultare contemporaneamente i diversi elaborati prodotti durante il rilievo.

Il modello digitale costituisce il riferimento spaziale attraverso il quale localizzare difetti, immagini, documenti, dati tecnici, componenti dell’opera. L’ispettore può così accedere alle informazioni associate ai singoli elementi senza dover utilizzare ambienti o archivi separati.

Il rilievo offline dei difetti

Durante l’ispezione è possibile operare offline e annotare direttamente le difettosità sull’ortofoto del singolo concio, anche mediante tablet. In questo modo non è necessario riportare inizialmente i dati su supporto cartaceo e trasferirli successivamente su elaborati CAD. Le anomalie possono essere rappresentate mediante:

• aree, per i difetti diffusi;
• linee, per fratture e fessurazioni;
• perimetri;
• annotazioni puntuali.

Per ogni difetto possono essere personalizzate le proprietà grafiche, come colore, riempimento e spessore della linea. A ciascuna annotazione vengono inoltre associati i parametri richiesti dalle schede ispettive, tra cui gravità, estensione e intensità. Durante il sopralluogo è possibile acquisire fotografie e collegarle direttamente al difetto rilevato.

Tutte le annotazioni vengono riportate anche in forma tabellare e possono essere modificate, aggiornate o eliminate.

Il controllo dei parametri di difettosità

Il software calcola automaticamente le dimensioni geometriche del difetto rappresentato. Per i difetti areali vengono determinati perimetro e superficie, mentre per quelli lineari viene calcolata la lunghezza. Il valore attribuito dall’ispettore può essere confrontato con quello suggerito dal sistema in relazione al parametro normativo K1. In presenza di una mancata corrispondenza, il dato può essere verificato e modificato.

Questo supporto permette di controllare la coerenza tra la rappresentazione grafica del difetto e la classificazione inserita nella scheda.

Compilazione automatica delle schede di difettosità

Le annotazioni registrate sulle ortofoto vengono consolidate automaticamente. Per ogni tipologia di difetto il sistema può restituire:

• numero delle occorrenze;
• gravità massima;
• estensione massima;
• dimensioni geometriche;
• numero di annotazioni allineate al parametro K1;
• difettosità strutturale globale;
• difettosità geotecnica;
• difettosità locale.

I valori vengono aggiornati con il progredire dell’ispezione. È inoltre possibile inserire osservazioni e note relative a condizioni che richiedono ulteriori approfondimenti. Tutte le informazioni confluiscono in una reportistica automatica, aggiornata progressivamente sulla base dei dati acquisiti.

L’organizzazione gerarchica dell’asset

La struttura informativa della galleria viene organizzata secondo una gerarchia composta da:

galleria → canne → conci

Ogni canna viene suddivisa in conci, che nel caso esaminato presentano una lunghezza media di circa 20 metri.

Questa organizzazione permette di consultare le informazioni a diversi livelli:

• stato complessivo della galleria;
• condizioni della singola canna;
• dati relativi a uno specifico concio;
• caratteristiche di ogni singola annotazione.

Le difettosità possono essere raggruppate, filtrate e visualizzate in base a criteri definiti dall’utente, come canna, concio, tipologia del difetto, estensione, gravità, frequenza di ricorrenza. Dalla vista centralizzata è possibile accedere direttamente alla singola annotazione, modificarne i valori e visualizzare immediatamente i risultati aggiornati.

Il calcolo dinamico della classe di attenzione

La classe di attenzione può essere valutata già durante la fase di indagine. Il processo prevede la compilazione progressiva dei parametri:

1. livello dell’intera galleria;
2. livello della singola canna;
3. livello del singolo concio.

Una volta verificata la qualità delle informazioni inserite, il sistema calcola dinamicamente:

• classe di attenzione complessiva;
• sottoclassi;
• pericolosità;
• vulnerabilità;
• esposizione;
• distribuzione delle classi lungo la canna;
• distribuzione dei diversi livelli di severità.

In questo modo è possibile ottenere una prima rappresentazione complessiva dello stato dell’asset già durante l’ispezione. Le classi di attenzione possono inoltre essere visualizzate direttamente sulla nuvola di punti, suddivisa per singoli conci, così da individuare con immediatezza le zone caratterizzate dalle condizioni più critiche.

La gestione delle componenti della galleria

Il sistema informativo non è limitato al rilievo delle difettosità strutturali.

All’interno dello stesso ambiente è possibile realizzare fascicoli digitali riferiti anche agli ulteriori elementi che compongono la galleria, come:

• segnaletica;
• componenti impiantistiche;
• apparecchiature;
• documentazione fotografica;
• ulteriori asset tecnici.

I fascicoli possono essere collocati direttamente sulla nuvola di punti, compilati secondo specifiche logiche e corredati dalla documentazione acquisita durante le attività di rilievo.

Si ottiene così un ambiente centralizzato nel quale geometria, documentazione, condizioni ispettive e informazioni sulle componenti della galleria rimangono collegate, evitando la dispersione del dato.

Indirizzo articolo: https://biblus.acca.it/ispezione-e-monitoraggio-digitale-dei-tunnel-il-futuro-della-sicurezza-infrastrutturale/