Il Notiziario LASSTRE

rassegne&notiziari A cura di Fabrizio D’Amico(1)

IN QUESTO NUMERO DEL NOTIZIARIO SI PRESENTA UNA BREVE ILLUSTRAZIONE DEL PROGETTO DI RICERCA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE INTITOLATO “EXTENDED RESILIENCE ANALYSIS OF TRANSPORT NETWORKS (EXTRA TN): TOWARDS A SIMULTANEOUSLY SPACE, AERIAL AND GROUND SENSED INFRASTRUCTURE FOR RISKS PREVENTION”, RECENTEMENTE FINANZIATO DAL MINISTERO DELL’ISTRUZIONE, DELL’UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA, NEL RUOLO DI CAPOFILA CON ALCUNI RICERCATORI DEL LASSTRE

Nell’ambito del programma PRIN (Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale), il Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, Dipartimento per la Formazione Superiore e per la Ricerca, Direzione Generale per il coordinamento, la promozione e la valorizzazione della ricerca, ha emanato nel 2017 un bando destinato al finanziamento di progetti di ricerca pubblica, allo scopo di favorire il rafforzamento delle basi scientifiche nazionali e rendere più efficace la partecipazione alle iniziative relative ai Programmi Quadro dell’Unione Europea. I Ricercatori del LASSTRE, alla guida di un team interuniversitario composto da altre tre unità di ricerca, hanno presentato un progetto sul tema della resilienza delle reti di trasporto: verso una simultanea analisi satellitare, aerea e terrestre per la prevenzione dei rischi, che è risultato ammesso al finanziamento mediante Decreto di approvazione graduatoria PRIN 2017 - Settore PE8 - Physical Sciences and Engineering - D.D. 13 Marzo 2019 prot. n. 453. Il progetto, che prevede una durata di 36 mesi, è coordinato dal Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi Roma Tre nella persona del Principal Investigator Prof. Andrea Benedetto, e prevede la partecipazione di altre tre unità di ricerca, rappresentate, rispettivamente dal Prof. Fabio Del Frate del Dipartimento di Ingegneria Civile e Ingegneria informatica dell’Università degli Studi di Roma Tor Vergata, dal Prof. Pietro Leandri del Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa e dalla Prof.ssa Margherita Fiani del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università degli Studi di Salerno. Le principali tematiche e obiettivi previsti dal progetto riguardano la necessità di una sempre maggiore attenzione al monitoraggio dello stato di degrado delle infrastrutture lineari di trasporto, che risulta ormai un compito fondamentale per garantire il mantenimento degli adeguati livelli di sicurezza e funzionalità delle reti di trasporto nel nostro Paese, cosi come negli altri. I drammatici avvenimenti come crolli di viadotti o deragliamenti che anche recentemente si sono verificati purtroppo sempre più frequentemente sulle reti di trasporto italiane, senza quantificare il numero degli incidenti stradali possibilmente riconducibili a mancata o errata manutenzione delle pavimentazioni stradali, impongono infatti una riflessione circa il reale stato di sicurezza connesso all’esercizio viario lungo le infrastrutture lineari nazionali, siano esse stradali o ferroviarie. D’altra parte, la cruciale contrazione di risorse finanziarie destinate ordinariamente a tali attività, nonché la parziale indisponibilità ad oggi di tecniche avanzate di rilievo a scala di rete e di itinerari, sufficientemente accurate e di celere implementazione, rendono l’esecuzione di tale compito di fatto impraticabile, sul piano operativo, in misura soddisfacente. Al contempo però c’è da osservare un sempre più largo impiego di tecniche non distruttive per l’ispezione dei manufatti che ha consentito un incremento della produttività delle operazioni di monitoraggio, a fronte di una sensibile riduzione dei costi unitari di ispezione (si pensi, a solo titolo di esempio, al georadar per l’ispezione di opere d’arte e ballast ferroviario o al laser scanner per applicazioni al catasto delle strade).

1. I principi del progetto finanziato alle unità di ricerca del raggruppamento 2. Le diverse tecniche di monitoraggio delle infrastrutture

3. Diversi sistemi di rilievo integrabili nel “data fusion”

Tuttavia, l’efficace applicabilità di tali tecnologie risulta ad oggi ancora limitata poiché ciascuna di esse, utilizzata singolarmente, non consente di perseguire quel completo quadro diagnostico necessario a definire la più adeguata strategia di azione. Ai fini di una più agevole comprensione dei valori che regolano l’idea progettuale, risulta qui utile richiamare, seppur sommariamente, i principi di impiego dei diversi sistemi di rilievo che si possono definire ad alto rendimento e che possono risultare funzionali agli obiettivi del progetto: si può iniziare citando l’analisi delle immagini rilevate da sensori satellitari (per esempio, Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR)) attraverso le quali è infatti possibile oggi desumere, anche con buona affidabilità spazio temporale, eventuali movimenti di punti sentinella appartenenti all’infrastruttura, anche se, con la sola applicazione di queste tecniche, risulta impossibile ogni diagnosi sulle cause del dinamismo, così come non si ha a disposizione il quadro di continuità della piattaforma e dell’ambiante limitrofo. La scala risolutiva di riferimento raggiungibile è dell’ordine del metro, in relazione alla densità dei punti rilevati, e del millimetro, in riferimento alle misure di spostamento dei punti. Altro sistema è invece rappresentato dal 3D Laser Scanner (LiDAR mediante Terrestrial e Aerial laser scanner, rispettivamente TLS e ALS), che consente di indagare a scale diverse eventuali deformazioni e cedimenti occorsi sulla superficie del manufatto, riuscendo a fornire anche l’immagine dell’intero scenario di ambiente, ivi compresi gli elementi di segnaletica o che caratterizzano gli spazi circostanti. Lo strumento risulta particolarmente efficace nell’osservare eventuali deformazioni e cedimenti occorsi sulla superficie del manufatto oggetto di analisi nel tempo, con una scala di dettaglio dell’ordine delle frazioni di millimetro. Infine, il ground-penetrating radar (GPR), che pur essendo ad oggi uno strumento elettromagnetico largamente impiegato nelle ispezioni e monitoraggi delle strade, delle ferrovie e delle opere d’arte, limita l’indagine ai soli strati ipogei. Le frequenze tipicamente impiegate nelle applicazioni stradali consentono, con una risoluzione di carattere centimetrico, di individuare difformità fisiche all’interno delle strutture, la cui conoscenza risulta fondamentale ancor prima che le stesse si ripercuotano sugli strati superficiali. Non da ultimo il sistema generale di monitoraggio può essere integrato con l’utilizzo di droni che, sempre più, si stanno affermando come strumenti di relativamente semplice utilizzo associato ad una efficacia significativa, correlata anche a costi di acquisizione ormai accessibili e ad una agilità di impiego che sta raggiungendo livelli talmente elevati da sollecitarne sempre di più l’implementazione e la regolazione di utilizzo. Chiaramente quanto rilevato da un tradizionale drone non può avere la risoluzione delle strumentazioni sopra descritte, ma nel panorama generale di monitoraggio potrebbe avere una significatività importante nelle operazioni di ispezione aeree, cioè da un punto di vista distinto rispetto a tutte le altre tecniche menzionate. Attraverso l’impiego di questi strumenti, opportunamente calibrati ed implementati, è quindi possibile ottenere una ingente mole di informazioni e dati riguardanti potenziali processi di deterioramento dei manufatti, e più in generale degli elementi componenti le nostre reti di trasporto. Infatti, se da un lato appare ovvio attendersi di non riuscire a rilevare tramite applicazioni InSAR e LiDAR possibili eventi ipogei destinati a propagarsi verso l’alto, è altrettanto ovvio attendersi di non riuscire a cogliere tramite GPR deformazioni superficiali destinate nel tempo a degenerare verso gli strati più profondi. Basti pensare, a tale riguardo, alla presenza di cavità ipogee invisibili dalla superficie. Tali necessità nel campo del monitoraggio non distruttivo delle infrastrutture lineari suggeriscono quindi un ulteriore passaggio che potrebbe essere rappresentato, attraverso una logica di “data fusion”, da un grado di conoscenza di ampio spettro circa le reali condizioni dell’infrastruttura investigata. L’integrazione di questi dati, se opportunamente controllata, potrebbe infatti consentire un monitoraggio differito attraverso diverse tecnologie e con diverse finalità. In particolare: • il monitoraggio satellitare tramite metodologia InSAR permetterebbe di osservare nel tempo macroscorrimenti del piano di posa dell’infrastruttura oggetto di analisi; • il monitoraggio terrestre via LiDAR consentirebbe di registrare micro-deformazioni occorse sulla superficie del manufatto; • l’ispezione tramite GPR permetterebbe di individuare disuniformità ipogee di carattere geometrico, fisico e strutturale. A tal riguardo, ci si attende una complessa architettura logica e numerica di “data fusion” capace di ricostruire un modello tridimensionale delle effettive condizioni del manufatto, aggiornabile ad ogni rilievo eseguito, in grado quindi anche di analizzare la cinetica dei fenomeni e non esclusivamente di fornire lo stato attuale, determinando un significativo salto di qualità delle operazioni di rilievo tale da orientare gli investimenti in linea con un reale ed affidabile quadro delle priorità. Tra i principali vantaggi di tale sistema, vi sarebbe senza dubbio la possibilità di pervenire ad una diagnosi di degrado estremamente anticipata e notevolmente più affidabile, garantita dal molteplice confronto e integrazione tra dati aerei, superficiali e ipogei e tra gli stessi dati raccolti in momenti diversi. In tale maniera, in linea con gli obiettivi del progetto, si potrebbe pensare di integrare i rilievi provenienti dalle strumentazioni sopra descritte per poter arricchire e caratterizzare “in continuo” una infrastruttura che potrebbe in tal modo essere monitorata efficacemente nel tempo, al fine di individuare eventuali anomalie e provvedere ad approfondimenti utili alla prevenzione di eventi che, ormai troppo spesso, caratterizzano le nostre infrastrutture rendendole vulnerabili. Il progetto prevede nel suo sviluppo proprio la possibilità di mettere a sistema le tecniche e strumentazioni precedentemente descritte per poter giungere alla definizione di protocolli di misura standardizzati capaci di favorire il raggiungimento degli obiettivi preposti. n

LABORATORIO PER LA SICUREZZA STRADALE DELL’UNIVERSITÀ DEGLI STUDI ROMA TRE

(1) Ingegnere e Dottore di Ricerca del Dipartimento di Ingegneria dell’Università degli Studi Roma Tre