Geomatica avanzata e diagnostica strutturale

E’ come passare dalla fotografia al video: dal 3D statico al 4D dinamico.

 

Cominciano ad emergere le prime proposte commerciali, da parte di aziende informatiche, che propongono soluzioni al tema della geomatica applicata allo studio del degrado delle infrastrutture esistenti, anche mediante il supporto dei codici di calcolo di intelligenza artificiale.

 

Metodi avanzati per la diagnostica strutturale

Fig.1: rilievo automatico in cantiere con restituzione in tempo reale dell’ortofoto georeferenziata del quadro fessurativo. Gruppo di ricerca Felitti-Mecca-Santoro-Oliveto

 

Da queste nuove proposte emergono alcune criticità concettuali, probabilmente causate dalle strategie di fondo messe in campo, troppo legate al bim attualmente in uso che, concepito 60 anni fa, mostra oggi evidenti criticità nel rapporto con la geomatica ed il suo prodotto principe, la nuvola di punti, che deve sistematicamente piegarsi a logiche di drastiche semplificazioni geometriche causate dall’incompatibilità con la precedente “era del cad”, al fine di  consentire un utile quanto riduttivo impiego nei flussi di lavoro attualmente in uso.

Quella che impropriamente viene chiamata “intelligenza artificiale”, utilizzata timidamente in queste applicazioni, è spesso una branca specifica di questa scienza informatica: la visione artificiale.

Il riconoscimento degli oggetti da foto e video è una tecnologia matura da almeno 10 anni. Riconoscere elementi di degrado in automatico è certamente un elemento interessante, ma per giungere alla diagnosi automatica e soprattutto al controllo dinamico continuo dell’infrastruttura mancano ancora molti passaggi e strategie da adoperare nell’uso di questi algoritmi.

 

rilievo 3D multispettrale di una galleria stradale in provincia di Avellino

Fig.2: rilievo 3D multispettrale di una galleria stradale in provincia di Avellino (AV)

 

Molte risposte possono giungere dagli importanti progressi nel campo dell’ingegneria forense.

Per ingegneria forense non si intende solo il controllo delle relazioni di calcolo, degli schemi geometrici di progetto della struttura in calcestruzzo armato e delle pratiche burocratiche ad esse collegate. Questi aspetti, pur essenziali per determinate attività, risultano estremamente riduttivi rispetto alla potenza degli strumenti scientifici, alle tecniche e tecnologie messe in campo per misurare, valutare e ricostruire scenari ed accadimenti del manufatto.

Parliamo degli strumenti in grado di misurare in continuo, evidenziare fenomeni fisici e chimici, vibrazionali, attraverso la geomatica: è su questo aspetto che l’ingegneria forense legata alle infrastrutture civili puo’ portare un cambiamento delle regole del gioco.

 rilievo tridimensionale laser-fotogrammetrico-acustico di un appoggio del ponte di Viale Prealpi, Erba

Fig.3: rilievo tridimensionale laser-fotogrammetrico-acustico di un appoggio del ponte di Viale Prealpi, Erba (CO)

 

La geomatica di frontiera utilizza l’intelligenza artificiale per affrontare e risolvere numerose sfide sia in fase di acquisizione del dato che in quella successiva di processamento e restituzione.

Nella procedura di acquisizione del dato attraverso la fotogrammetria structure from motion le reti neurali svolgono in automatico numerose regolazioni per consentire la produzione massiva di dati senza l’intervento dell’operatore, cosi’ come automatizza la registrazione delle nuvole dense. Persino le stazioni totali robotizzate possono beneficiare della visione artificiale, estendendone uso ed applicazioni sul campo.

rilievo 3D dei quadri fessurativi all’istante t=0. La progressione del quadro fessurativo viene successivamente seguita con l’approccio dell’avatar dinamico, senza alcuna necessità di ripetere la scansione 

Fig.4: rilievo 3D dei quadri fessurativi all’istante t=0. La progressione del quadro fessurativo viene successivamente seguita con l’approccio dell’avatar dinamico, senza alcuna necessità di ripetere la scansione. 

 

L’approccio al degrado di un ponte o di una galleria attraverso la geomatica, nell’uso attuale in cantiere, è ad oggi ancora legato ad una visione statica, tipica del flusso di lavoro orientato al bim.

La schematizzazione utilizzata è espressione di limiti tecnologici e di una visione legata al passato, quando venne proposto questo approccio alla progettazione legato alle tecnologie dell’epoca: parliamo di oltre mezzo secolo fa, quando nacque il disegno assistito al calcolatore. I programmi di calcolo strutturale, lavorando per punti discreti, necessitano di questa semplificazione. Un vero e proprio collo di bottiglia rispetto alla potenza di indagine offerta dalle nuvole dense.

Spesso la semplificazione della nuvola di punti porta con se errori di valutazione che si riverberano nella accuratezza della simulazione al calcolatore.

Eppure è certamente possibile misurare in continuo con metodi visuali gli spostamenti nella matrice del calcestruzzo e nelle parti strutturali del manufatto. A determinate condizioni è persino possibile catturare il momento della frattura, grazie ad applicazioni pratiche del fenomeno della triboluminescenza, energia luminosa che si libera nel momento della massima tensione e della rottura della materiale da costruzione.

Eseguire una ricostruzione digitale del manufatto, in un dato istante, ha limitato valore ai fini del monitoraggio e risulta persino estremamente dispendioso sia dal punto di vista elaborativo che del flusso di lavoro.

 

rilievo automatico multispettrale in cantiere con restituzione in tempo reale dell’ortofoto della matrice lapidea di un rivestimento in marmo 

Fig.5: rilievo automatico multispettrale in cantiere con restituzione in tempo reale dell’ortofoto della matrice lapidea di un rivestimento in marmo. Grazie all’uso combinato della fotografia multispettrale è possibile evidenziare i quadri fessurativi del materiale.

 

Il monitoraggio del calcestruzzo, cosi’ come di tutte le strutture in acciaio e in muratura, si gioverebbe di un approccio completamente diverso che usa i principi cardine della geomatica e della topografia, e restituisce l’avatar, cioè la massima espressione della virtualizzazione del mondo reale.

L’avatar è il gemello digitale portato nella quarta dimensione: il tempo.

 

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Fig.6: rilievo automatico in cantiere con restituzione in tempo reale dell’avatar. Illustrazione della tecnica di monitoraggio continuo delle deformazioni attraverso l’implementazione della tecnologia di correlazione delle immagini nella ricostruzione SFM.

 

E’ come passare dalla fotografia al video: dal 3D statico al 4D dinamico.

Il rilievo è utile al fine di indagare il degrado e gli scenari di danneggiamento e/o collasso solo se visto come una successione di “stati in equilibrio” successivi. L’opera d’arte in cls armato è un corpo in continua mutazione soggetta a mutazioni ed aggressioni di natura chimica e fisica come vibrazioni, spostamenti, disassamenti, cedimenti fondali o di parti di essa.

 


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Conversazioni sul Calcestruzzo

Durante il SAIE BARI [dal 7 al 9 ottobre 2021] Andrea Dari e Matteo Felitti incontrano alcuni dei massimi esperti della filiera del calcestruzzo per approfondire, con delle “conversazioni”, i principali temi, innovazioni, campi applicativi e problematiche di attuale interesse. Il giorno 7 ottobre alle ore 13.00 si terrà l'incontro con l'ing. Nicola Santoro dal titolo "Metodi avanzati per la diagnostica strutturale".

Con l'ingegnere quindi ci sarà l'occasione per approfondire il tema lanciato con questo breve articolo.

Per conoscere il programma di SAIE inCALCESTRUZZO cliccare questo LINK


 

La geomatica avanzata puo’ dare risposte concrete

La geomatica avanzata puo’ dare risposte concrete alla descrizione continua di queste problematiche a condizione di utilizzarla in combinazione con flussi di lavoro in uso in altri settori, come l’ingegneria forense.

Non è certo produttivo, ai costi attuali delle varie tecnologie, che pure diventano ogni giorno piu’ convenienti economicamente, eseguire con approccio classico piu’ rilievi successivi con tecnologia laser scanner “tradizionale”. La generazione di dati dal peso significativo non gioverebbe alla diagnosi ed al monitoraggio.

La fotogrammetria per punti discreti, di grado metrologico, è ad esempio una risposta estremamente veloce, accurata e soprattutto in grado di monitorare anche in condizioni di assenza di luce naturale gli stati vibrazionali e i cambiamenti continui di intere parti di una struttura.

L’uso combinato della fotogrammetria ad elevata accuratezza, in grado di catturare il marcatore a livello sub pixel, con il rilievo massivo ad un determinato istante dell’intera struttura con le “classiche” tecniche laser scanner, è in grado di seguire gli spostamenti lenti, quelli repentini e persino i movimenti franosi o i fenomeni alluvionali che coinvolgono il ponte o il viadotto in attraversamento.

I punti discreti possono essere i “classici” marcatori in uso nei flussi di lavoro laser-fotogrammetrici o anche e soprattutto oggetti grafici “reali” di nuova concezione, codificati e monitorati mediante la visione artificiale.

Di un ponte in acciaio potremmo utilmente programmare il riconoscimento automatico delle teste dei bulloni, dei giunti, dei fazzoletti o di parti ben definite degli appoggi degli impalcati. Questi punti sono riconosciuti dalla visione artificiale ed essendo discreti, consentono un’agile elaborazione, persino in tempo reale.

Una intera nuova generazione di strumenti di rilievo potenti ed economici, ottimizzati per l’uso in cantiere, sono in grado di restituire direttamente quello che serve al patologo del calcestruzzo.

Con un cambio di mentalità e spirito creativo possiamo realizzare in tempi veloci ed a costi contenuti, a partire dai sensori e dalla componentistica industriale, macchine utili per il monitoraggio del calcestruzzo strutturale con approccio visuale.

L’auspicio è che questo cambiamento avvenga in tempi rapidi, considerando che la tecnologia è ormai matura ed economicamente accessibile, in grado di offrire strumenti potenti di indagine ai professionisti che operano nell’ingegneria civile.


Nota della redazione

La geomatica

La geomatica è la disciplina che si occupa di acquisire, modellizzare, interpretare, elaborare, archiviare e divulgare informazioni georeferenziate, ovvero informazioni caratterizzate da una posizione in un prescelto sistema di riferimento.

 

 

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