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PDN nell’ingegneria civile

Sicurezza e monitoraggio delle strutture

La sicurezza delle infrastrutture

1.500.000 Km di strade di cui 600 mila km in condizioni allarmanti, 1,5 milioni di ponti di cui solo 60 mila vengono monitorati, 10.000 tra ponti e viadotti in calcestruzzo a rischio di cui 1400 senza gestore, 500 mila km di rete di distribuzione dell’acqua che solo nel 2019 ne ha mandati persi 3,45 miliardi di metri cubi, 34.652,8 km di gasdotti, 1900 km di rete ferroviaria che attraversa zone a rischio idrogeologico per un’area pari a 23700 km quadrati. Questi sono alcuni dei numeri del patrimonio pubblico italiano ed è chiaro fin da subito che è impossibile parlare di infrastrutture civili – sia pubbliche che private – senza occuparsi contemporaneamente di sicurezza delle infrastrutture, di cultura della conservazione e di manutenzione delle opere esistenti che soffrono sia la condizione di obsolescenza sia la l’assenza di un sistema di monitoraggio costante.

Il monitoraggio strutturale

Il tema del monitoraggio strutturale è strettamente connesso con la gestione del rischio relativo all’intero ciclo di vita di un’infrastruttura civile ed è recentemente tornato alla ribalta delle cronache e delle azioni politiche dopo il crollo del Ponte Morandi a Genova. In seguito a questo terribile incidente, il 21 novembre 2019 è entrato in vigore il decreto legislativo n. 430/2019, il Decreto Morandi, che ha istituito un Archivio Informatico Nazionale delle Opere Pubbliche e ha legiferato un sistema di controllo delle opere pubbliche italiane durante tutto il loro ciclo di vita.

Lo sviluppo normativo in merito alla sicurezza delle infrastrutture civili è stato il motore di una forte spinta all’innovazione tecnologica e oggi i professionisti del settore hanno a disposizione strumenti e tecnologie sempre più all’avanguardia in grado di monitorare lo stato di salute di un’opera e che consentono di programmare interventi mirati di manutenzione e conservazione della stessa.

Le prove dinamiche

Ad oggi, nel settore delle prove non distruttive, si ricorre alle prove dinamiche per valutare nel modo più completo possibile il comportamento delle infrastrutture civili, durante tutto il ciclo di vita dell’opera.

Le prove dinamiche consentono di valutare e verificare le ipotesi di progetto, garantire in fase di collaudo se l’opera risponde ai requisiti di sicurezza e affidabilità, individuare in esercizio se sono presenti danneggiamenti strutturali che compromettono l’assetto statico di una struttura. Il metodo dinamico permette di valutare come una struttura reagisce ad azioni dinamiche continuative come carichi, accelerazioni, velocità, vibrazioni e oscillazioni.

In sostanza, le prove dinamiche restituiscono un quadro generale dell’integrità strutturale dell’opera e forniscono un importante parametro di valutazione del suo degrado e della sua sicurezza.

I Controlli Non Distruttivi

Cosa sono e a cosa servono i controlli non distruttivi

A questo proposito, i Controlli Non Distruttivi hanno un ruolo decisivo nella diagnostica strutturale e nel monitoraggio delle opere civili. I Controlli Non Distruttivi sono tecniche e procedure non invasive, tali cioè da non compromettere la funzionalità, impiegate allo scopo di valutare le condizioni fisiche di un materiale e mediante i quali è possibile riscontrare eventuali discontinuità nell’oggetto in valutazione.

Più in generale e rispetto al tema che abbiamo fin qui trattato, i Controlli Non Distruttivi vengono impiegati nel settore civile allo scopo di valutare integrità e affidabilità, migliorare il processo di progettazione, individuare eventuali interventi di manutenzione.

Le tecniche diagnostiche non distruttive

Le principali tecniche diagnostiche non distruttive sono:

  • Monitoraggi statici e caratterizzazione dinamica delle strutture civili
  • Metodo SonReb su strutture in calcestruzzo
  • Indagini Georadar
  • Indagini Termografiche
  • Prove di Estrazione Pull-out
  • Tomografie Ultrasoniche
  • Ultrasuoni su saldatura
  • Radiografie
  • Magnetoscopie
  • Liquidi Penetranti
I Controlli Non Distruttivi: indagini su materiali

Le Prove Non Distruttive sono dunque tutti quegli esami e rilievi che consentono di accertare, misurare discontinuità strutturali ed eventuali difetti, senza compromettere l’integrità dell’opera in esame. Questo tipo di indagini può essere effettuato su diversi materiali, metallici e non. Uno degli aspetti più rilevanti del monitoraggio strutturale, della conservazione e della durabilità delle strutture civili, riguarda le indagini su calcestruzzo. L’invecchiamento e il degrado delle opere in calcestruzzo costituisce una vera e propria emergenza nel nostro paese e per questa ragione, nell’ambito delle prove non distruttive, le prove su calcestruzzo hanno un ruolo di primaria importanza.

Nella tipologia costruttiva in calcestruzzo gli elementi strutturali subiscono il degrado del tempo e le prove sul materiale, ad esempio attraverso la tomografia ad ultrasuoni, consentono di ispezionare proprio la struttura interna, individuare cavità, vuoti, crepe, delaminazioni, inclusioni e perdite di riempimento.

Nelle indagini strutturali su calcestruzzo trova impiego anche la metodologia GPR per monitorare l’uniformità e valutare la stabilità di pareti o pavimenti in calcestruzzo. Un altro parametro importante nelle indagini che riguardano il calcestruzzo è la valutazione della sua resistenza. A questo scopo si eseguono le prove di estrazione pull-out che consistono nell’estrazione di un tassello post inserito collegato a un martinetto oleodinamico azionato da una pompa idraulica.

Tra le prove su muratura trovano largo impiego anche le prove soniche che attraverso la propagazione delle onde meccaniche e la misurazione della loro velocità restituiscono un dato qualitativo sulla consistenza della muratura, sulla presenza di eventuali discontinuità come vuoti o fratture.

I Controlli Non Distruttivi trovano impiego anche nell’indagine di altri materiali come il legno e la roccia.

Le prove su roccia vengono effettuate per determinare le caratteristiche di permeabilità, deformabilità, resistenza ed elasticità della roccia; attraverso gli strumenti ad ultrasuoni, la radiografia digitale o la metodologia GPR, è possibile rilevarne difetti, crepe, cavità, vuoti e inclusioni.

Anche la rilevazione dello stato di salute e conservazione delle strutture in legno ha uno specifico campo di indagine non distruttiva: le prove non distruttive su legno consentono di misurare la resistenza, la deformabilità, la flessione e altre caratteristiche meccaniche dell’oggetto in analisi.

I Controlli Non Distruttivi: Prove di carico

La prova di carico è una Prova Non Distruttiva che consente di valutare il comportamento degli elementi strutturali come travi, solai, coperture, strutture in legno e strade, ferrovie e viadotti, sottoponendoli a sollecitazioni con carichi in esercizio.

La prova di carico può essere eseguita in due modalità:

  • Tramite un carico concentrato applicato per mezzo di un sistema oleodinamico caratterizzato da martinetti idraulici, prolunghe e traverse;
  • Tramite serbatoi riempiti d’acqua.
I Controlli Non Distruttivi: pali di fondazione

Il controllodei pali di fondazione è anch’esso un aspetto decisivo nell’ambito del controllo del comportamento degli elementi strutturali portanti. Le indagini su pali di fondazione possono essere effettuate in fase di progetto su pali pilota, in fase di collaudo e in fase di esercizio.

Una metodologia diffusa per valutare la qualità dei pali di fondazione è il cross-hole, una tecnica tomografica che utilizza gli ultrasuoni e misura la velocità di propagazione delle onde nell’oggetto indagato, restituendone una verifica dell’integrità molto accurata e dettagliata.

Controlli non distruttivi: Indagini con georadar e drone

Metodologia georadar

Tra le metodologie di indagine non distruttive più avanzate c’è la metodologia georadar. Il georadar è uno strumento che permette, attraverso gli impulsi ad alta frequenza delle onde elettromagnetiche inviati nel sottosuolo, di rilevare in modo non invasivo eventuali anomalie e di individuare strutture che si trovano nel sottosuolo.

Proprio per questa ragione le prove non distruttive tramite l’utilizzo di georadar hanno trovato ambito applicativo in diversi settori: in campo strutturale, ad esempio per avere informazioni sullo spessore dei muri o sulla presenza di armature, ma anche in geologia per profilare il livello del suolo, in archeologia per mappare strutture e individuare reperti sotterranei, in ambito militare per localizzare tunnel, gallerie e bunker.

Sistema integrato georadar e drone

Il georadar è uno strumento che può essere applicato anche sui droni: le indagini con georadar e drone permettono di eseguire rilievi su terreni dissestati, su ghiaccio, roccia ed acqua dolce, e risolvono in modo efficiente tutte quelle situazioni critiche di natura topografica che potrebbero mettere a rischio l’incolumità degli operatori. Le diverse tipologie di antenne GPR che possono essere montate sul drone assicurano indagini efficienti e risultati certi acquisiti in totale sicurezza.

Monitoraggio e acquisizione dati nelle prove in situ

Nell’ambito della diagnostica e delle prove in situ, un ultimo aspetto da prendere in considerazione è quello che riguarda il monitoraggio e acquisizione dati. La strumentazione ad oggi sul mercato consente agli operatori del settore di misurare parametri e grandezze fisiche da archiviare e monitorare nel lungo o breve periodo. L’automazione di questo aspetto del monitoraggio ha enormi vantaggi sulla qualità delle indagini perché garantisce una risposta efficace all’esigenza di misurazioni sempre più sofisticate e affidabili.

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