INNOVAZIONE. Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università di Perugia, Professor Ubertini: “La tecnologia deve proteggere il nostro patrimonio culturale”
(Prof. Filippo Ubertini, Coordinatore del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università degli Studi di Perugia)
Il professor Filippo Ubertini, Coordinatore del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale dell’Università degli Studi di Perugia, ci guida nel futuro del monitoraggio strutturale. Attraverso ricerche innovative come il progetto SMS-SAFEST, il suo lavoro unisce materiali smart, intelligenza artificiale e collaborazioni istituzionali per migliorare la sicurezza di edifici storici e infrastrutture viarie, dimostrando come la tecnologia possa salvaguardare il patrimonio culturale
Professore, parliamo del progetto SMS-SAFEST, potrebbe spiegare come i "mattoni e malta intelligenti" rivoluzioneranno il monitoraggio sismico delle strutture in muratura?
“I mattoni e la malta intelligenti sono materiali innovativi sviluppati dall'Università di Perugia, in grado di rilevare i carichi applicati sulle strutture (mattoni) e le fessurazioni (malta) attraverso segnali elettrici. In sostanza, questi materiali da costruzione agiscono anche come reti di sensori intelligenti. Il progetto SMS-SAFEST, finanziato nell'ambito dello schema Advanced Grant del bando 2021 del Fondo Italiano per la Scienza - il più prestigioso finanziamento scientifico a livello nazionale - si basa sull'idea di elaborare queste informazioni per valutare rapidamente gli effetti di un terremoto sulla struttura. I mattoni e la malta intelligenti saranno installati in posizioni strategiche durante le operazioni di retrofit, e l'analisi dei dati avverrà tramite algoritmi avanzati di apprendimento automatico e intelligenza artificiale. Un aspetto cruciale del progetto sarà l'integrazione estetica, evitando qualsiasi impatto visivo sulla struttura. Oggi siamo abituati a tecnologie avanzate in automobili, elettrodomestici e smartphone. La nostra proposta è che anche gli edifici più rappresentativi del nostro patrimonio culturale usufruiscano di un elevato livello di innovazione, poiché, finora, la tecnologia non è altrettanto pervasiva in questo settore”.
Quali vantaggi offrono i sensori cementizi nanomodificati rispetto ai metodi tradizionali per il monitoraggio continuo delle strutture?
“Questi materiali consentono di monitorare sforzi e deformazioni su ampie superfici e volumi, superando i limiti dei sensori tradizionali che forniscono informazioni molto più localizzate. Questo approccio può migliorare significativamente la nostra capacità di rilevare precocemente danni e dissesti strutturali. Ad esempio, è possibile intervenire localmente o ripristinare il calcestruzzo tradizionale con versioni nanomodificate, che funzionano come una rete di sensori in punti critici dove si concentrano le sollecitazioni. Inoltre, l'uso della stampa 3D potrebbe consentire la realizzazione di forme ottimali per misurare specifiche tipologie di sollecitazione, realizzando aree sensibili nelle strutture, sia in nuove costruzioni, come la prefabbricazione con inserti intelligenti, sia in interventi di retrofit su strutture esistenti. Sebbene il monitoraggio tramite sensori tradizionali sia ormai pienamente accettato e continui a evolversi sul piano tecnico-scientifico, l'uso dei calcestruzzi sensibili è ancora nelle fasi iniziali, ma le sue potenzialità sono straordinarie”.
Come si integrano le tecniche innovative di controllo strutturale nella gestione dinamica dei ponti soggetti a carichi variabili?
“Le tecniche di monitoraggio strumentale offrono la possibilità di osservare nel lungo periodo la risposta statica e dinamica di ponti e viadotti, consentendo di definire le condizioni "normali" di riferimento e di rilevare tempestivamente eventuali deviazioni statisticamente significative da tali condizioni. Tuttavia, la capacità del sistema di individuare precocemente il danneggiamento dipende da vari fattori, tra cui i meccanismi di degrado in atto, la tipologia e la localizzazione dei sensori, le caratteristiche specifiche dell'opera e l'algoritmo di analisi impiegato. Non tutti i danneggiamenti sono rilevabili, e pertanto il monitoraggio strumentale deve essere considerato come una risorsa complementare alle ispezioni periodiche, alle indagini in situ e alle valutazioni accurate, a supporto dell'esperto nella gestione ottimale dell'infrastruttura. L'obiettivo non è sostituire l'esperto umano con un algoritmo, ma fornire un ampio ventaglio di informazioni che gli consenta di prendere decisioni più consapevoli. In questo contesto, gli sviluppi dell'Intelligenza Artificiale e del supercalcolo aprono a straordinarie opportunità per monitorare non solo singole opere, ma intere reti infrastrutturali, in cui le informazioni siano interconnesse e analizzabili in modo integrato”.
Quali sono i risultati principali del suo studio sul monitoraggio dei ponti con dati SAR e simulazioni numeriche al collasso?
“I dati SAR sono dati satellitari ottenuti tramite interferometria radar, che permettono di monitorare spostamenti lenti di ponti, viadotti e fronti di frana. La grande potenzialità di questa tecnologia risiede nel fatto che i dati sono già disponibili da diversi anni, a seconda della costellazione satellitare considerata, consentendo quindi di osservare trend potenzialmente significativi. Tuttavia, esistono limiti in termini di minimi spostamenti rilevabili, che dipendono anche dall'orientamento del ponte rispetto al nord geografico. La nostra proposta è stata quella di combinare i dati SAR con simulazioni avanzate del collasso strutturale, al fine di interpretare ingegneristicamente i movimenti osservati dal satellite e fare previsioni sui comportamenti futuri. Questa metodologia si è rivelata particolarmente utile nel monitoraggio di fenomeni evolutivi lenti, come quelli legati a specifiche tipologie di frane e movimenti delle fondazioni, che spesso sono difficili da riconoscere proprio a causa della loro lenta progressione. Come evidenziato nel caso studio presentato nel lavoro, realizzato in collaborazione con alcuni colleghi del Consorzio FABRE e focalizzato sul ponte di Albiano Magra, il collasso di una struttura può avvenire in modo improvviso. Riuscire a prevedere tali eventi rappresenterebbe un notevole passo avanti per migliorare la sicurezza degli utenti”.
Come la collaborazione tra università e enti governativi può migliorare la sicurezza delle infrastrutture viarie? Ci racconti un caso concreto.
“La ricerca scientifica condotta dalle università italiane, che eccellono a livello mondiale in molti settori, in particolare nell’ingegneria, rappresenta un motore essenziale per supportare gli enti governativi nello sviluppo di strategie sempre più efficaci per la gestione della sicurezza. È proprio in questo contesto che, nel 2020, insieme ad alcuni colleghi, ho contribuito alla fondazione del Consorzio FABRE, un consorzio che unisce università e enti di ricerca italiani e internazionali, con un focus sulla ricerca scientifica applicata alla sicurezza di strutture e infrastrutture. In questo consorzio rappresento l'Università di Perugia e ricopro il ruolo di Vice-Presidente. Esistono numerosi esempi di collaborazioni virtuose tra università e enti gestori, e sono convinto che le ricadute positive sulla sicurezza delle infrastrutture, come i ponti esistenti, siano enormi. Un esempio concreto è la collaborazione tra FABRE e ANAS S.p.A., in cui stiamo lavorando a stretto contatto con i tecnici ANAS per sviluppare ricerche innovative, con applicazioni pratiche su circa 1000 ponti. Come in medicina lo sviluppo di terapie efficaci richiede il confronto con casi reali, così anche in ingegneria è fondamentale imparare dai problemi concreti per sviluppare metodologie veramente efficienti. Il nostro impegno si concentra non solo sulla definizione di metodologie per la valutazione del rischio a vari livelli di approfondimento, ma anche sul perfezionamento delle tecniche di monitoraggio strumentale”.
Claudia Boccucci
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