Il monitoraggio wireless sta sostituendo l'ispezione strutturale manuale nello stesso modo in cui la telemetria continua del paziente ha sostituito il giro di reparto due volte al giorno. Il giro deve comunque avvenire, ma ora i medici capiscono meglio cosa succede ai pazienti nell'arco della giornata. Per ponti e viadotti, muri di sostegno ed edifici storici, l'intervallo di ispezione, lo spazio tra una visita e l'altra, è dove avviene la maggior parte del comportamento strutturale interessante.

L'ispezione manuale non è perfetta

Secondo gli statunitensi National Bridge Inspection Standards, l'intervallo ordinario di base è di due anni, estendibile a quattro nell'ambito di un programma approvato basato sul rischio. Le Linee Guida MIT 2020 in Italia prevedono un censimento visivo a livelli con una cadenza simile. Due anni sono un tempo lungo perché una cricca da fatica si propaghi o perché una pila ceda. Se un ispettore nota una cricca dopo due anni, non c'è modo di sapere da quanto tempo è lì o con quale velocità sta crescendo.

Lo studio sull'affidabilità dell'ispezione visiva dei ponti stradali condotto dalla stessa FHWA ha rilevato che solo circa due terzi delle valutazioni di condizione rientrano entro un punto dalla valutazione di riferimento, e che i difetti localizzati come le cricche vengono regolarmente mancati.

Anche raggiungere i punti strutturalmente importanti di un ponte è costoso. La chiusura di una corsia autostradale nel Regno Unito arriva a costare oltre 1.500 GBP al giorno di sola gestione del traffico prima che un tecnico possa toccare la struttura, e le ispezioni subacquee delle pile costano ancora di più. Per questo i gestori sono incentivati a spingere verso l'intervallo più lungo che il regolatore consente, il che allarga proprio quello spazio che rende l'istantanea inaffidabile.

L'ispezione visiva è assolutamente necessaria ed è positivo che venga richiesta dalle nuove normative. Ma questo metodo ha dei punti ciechi che vanno colmati.

Eliminare i punti ciechi dell'ispezione manuale

Installando una rete permanente di sensori, i gestori possono trasformare un singolo dato in un registro continuo che poi aiuta non solo a monitorare ma anche a costruire una solida documentazione della manutenzione. Con il monitoraggio costante, una struttura viene misurata sotto i carichi che porta ogni giorno, attraverso i cicli termici, i picchi di traffico e l'occasionale veicolo in sovrappeso che nessuno ha registrato.

Dalle istantanee al dato continuo

Un accelerometro DECKAXE-SHM campiona la risposta dell'impalcato fino a 640 Hz quando serve e segue le frequenze naturali della struttura nel corso degli anni. Queste frequenze fungono da indicatore globale di rigidezza. Quando questa rigidezza cala a causa di fessurazioni, corrosione o fatica, le frequenze naturali si abbassano, e una rete che osserva di continuo vede questo spostamento prima che le cricche inizino a manifestarsi.

I fenomeni lenti vengono gestiti da un sensore diverso sulla stessa rete. Un inclinometro wireless con risoluzione sub-milliradiante registra una pila che ruota di frazioni di grado nell'arco di un inverno piovoso, un segnale di cedimento impossibile da vedere per un ispettore dall'impalcato.

Perché wireless, e non cablato

Il dato continuo non richiede più cavi, dato che le tecnologie di sensori più recenti offrono dispositivi wireless con batterie che durano anni. La COST Action TU1406 ha rilevato che circa la metà del parco ponti europeo è anteriore al 1980 e non è mai stata progettata pensando a una canalizzazione per i sensori. Questo significa che la maggior parte di questi ponti dovrebbe essere adeguata per collegare sensori cablati, e quello sarebbe il costo maggiore dell'installazione del sistema. Far passare il cavo fino alla base di una pila immersa in un corso d'acqua, o lungo l'intradosso di un impalcato a trenta metri d'altezza, significa ponteggi, chiusure di corsia e penetrazioni impermeabilizzate a ogni giunzione.

I sensori MEMS wireless su una dorsale LoRaWAN o mesh eliminano questo vincolo. Al sensore servono una superficie di montaggio stabile e un percorso radio libero verso un gateway che può trovarsi a centinaia di metri di distanza, nulla di più. Sul ponte ferroviario sul fiume Scrivia, una struttura a sette campate lunga circa 160 metri, abbiamo coperto l'intera lunghezza da un unico gateway senza alcun cablaggio tra le campate. Sul ponte Vespucci a Firenze abbiamo collocato i sensori in posizioni di pila e di impalcato che avrebbero richiesto un'infrastruttura di cavi sproporzionata per essere raggiunte. Il posizionamento dei sensori segue la logica strutturale invece del percorso dei cavi, ed è questo il punto.

Cosa colgono i sensori che gli ispettori non coglieranno mai

Il primo elemento che solo i sensori possono cogliere è la lenta deriva modale. Uno spostamento dello 0,5% in una frequenza fondamentale nell'arco di diciotto mesi è invisibile all'occhio e inequivocabile per il Modal Analysis Tool di MyMove, che segue frequenze, forme modali e smorzamento su tutta l'installazione. Sul ponte di Chetwynd nel Regno Unito abbiamo condotto esattamente questo tipo di monitoraggio modale continuo, osservando la firma dinamica della struttura invece di aspettare che emergesse un difetto.

Il secondo è il sovraccarico transitorio. Un camion in sovrappeso, l'urto di un veicolo contro un parapetto, un micro-evento sismico. Accadono in pochi secondi, quasi sempre quando non c'è alcun ispettore presente, e lasciano un picco nel registro di accelerazione o di vibrazione che spiega un'anomalia successiva. L'installazione sul ponte Zambeccari in Italia ha usato accelerometri wireless per l'analisi modale esattamente su questo principio, catturando il comportamento della struttura sotto il traffico reale invece che sotto una prova di collaudo una tantum.

Il terzo è il carico ambientale che altrimenti non quantificheresti mai. A Odessa, un team di ingegneri volontari guidato da Emmanuel Durand ha usato i nostri sensori wireless e MyMove per monitorare monumenti storici vulnerabili durante la guerra, catturando vibrazioni legate alle esplosioni e andamenti di inclinazione che nessun calendario di ispezione avrebbe mai potuto cogliere al momento giusto.

Cosa colgono gli ispettori che i sensori non coglieranno mai

Molti fenomeni non possono essere monitorati dai sensori, come la corrosione nascosta delle armature, la penetrazione di cloruri o lo spalling occultato dietro un intradosso. Sono cose che un ispettore esperto vede perché non si manifestano nei dati. Una rete wireless può segnalare che qualcosa è cambiato e indirizzare l'ispettore verso la campata giusta, ma la diagnosi del cosa e del perché richiede ancora occhi, un martello e capacità di giudizio.

Domande frequenti

Il monitoraggio wireless ci permette di estendere o saltare l'intervallo di ispezione obbligatorio?

Non da solo, e non ancora ovunque. Con gli NBIS la base biennale dell'ispezione visiva resta in piedi, anche se gli intervalli basati sul rischio creano spazio perché i dati di monitoraggio giustifichino un cambiamento su una struttura specifica. Con le Linee Guida MIT 2020 la relazione si sta formalizzando livello per livello. Tratta il dato continuo come un'evidenza che rende la visita dell'ispettore più mirata ed efficace, non come un buono che ti esonera dal farla.

I sensori possono rilevare la corrosione o la fessurazione superficiale?

Non direttamente. Una rete legge la risposta strutturale, quindi può segnalare che la rigidezza globale è cambiata e dirti quale campata guardare, ma la corrosione nascosta delle armature, la penetrazione di cloruri e i danni da urto recenti sono problemi di superficie e di materiale che richiedono ancora un ispettore con occhi e martello. È questo il confine più netto tra i due metodi.

Il monitoraggio wireless è abbastanza accurato per l'analisi modale su un ponte reale?

Sì, ed è la misura di cui ci fidiamo di più, perché cattura la struttura sotto i carichi che sperimenta davvero invece che sotto una prova di eccitazione artificiale. I nostri accelerometri campionano fino a 640 Hz e alimentano il Modal Analysis Tool di MyMove per frequenze, forme modali e smorzamento. Le campagne a eccitazione forzata con eccitatori a massa eccentrica hanno ancora un loro posto per il collaudo una tantum, ma costi e interruzioni del traffico le rendono poco pratiche per il lavoro in esercizio.

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