Fotogrammetria millimetrica: analisi e mappatura di superfici scarificate in calcestruzzo

Il lavoro espone la fotogrammetria classica, spinta a precisione millimetrica, per mappare le superfici dei ponti canale del Consorzio Bonifica Sardegna Centrale. Data l'assenza di budget per Laser Scanner e sensori LiDAR, la sfida è stata ottimizzare gli strumenti in dotazione (UAV RTK e stazioni totali). L’analisi gaussiana ha garantito parametri oggettivi per il computo metrico, evidenziando come un approccio metodologicamente rigoroso consenta di raggiungere livelli di controllo metrico elevati anche in contesti operativi con risorse strumentali limitate.

Il Consorzio di Bonifica della Sardegna Centrale ha curato la realizzazione di un progetto di manutenzione straordinaria di un tratto di un canale adduttore del comprensorio irriguo della Media Valle del Tirso, in Provincia di Nuoro. Il progetto prevedeva interventi su canali contro terra in calcestruzzo e su sei ponti canale in calcestruzzo armato, due dei quali particolarmente rilevanti per le loro dimensioni (sviluppo in lunghezza di circa 200 metri ciascuno e un’altezza in mezzeria di oltre 11 m).

Gli interventi sui ponti canale, in esercizio da oltre 50 anni, si sono resi necessari a causa del grave degrado strutturale indotto dalla carbonatazione del calcestruzzo. Tale fenomeno, riducendo l'alcalinità della matrice cementizia, ha compromesso la passivazione naturale delle armature in acciaio, innescando i processi corrosivi.

Al fine di valutare l’entità degli interventi di ripristino si è resa necessaria una mappatura dettagliata della struttura e di tutti i suoi elementi. Ciò è stato fatto adottando una combinazione di fotogrammetria aerea con UAV RTK e fotogrammetria terrestre. Tale approccio ha consentito di ottenere una misurazione precisa delle superfici e degli spessori di scarifica, determinando questi ultimi con un margine di errore dell’ordine del millimetro, rispondendo così pienamente alle rigorose esigenze tecniche e alla necessaria razionalizzazione delle risorse economiche.

Il presente lavoro illustra le attività svolte ed evidenzia come l'applicazione di metodologie basate su sensori d'immagine, abbinata alla topografia, rappresenti un'alternativa di mappatura valida e sostenibile per gli uffici tecnici degli enti pubblici. In assenza di disponibilità economica per l'acquisizione di sistemi Laser Scanner e LiDAR, l'integrazione di questi strumenti ha permesso di raggiungere standard qualitativi validi, dimostrando che in alcuni casi la competenza metodologica può sopperire alla mancanza di tecnologie a misura diretta.

Metodologia

Il progetto di manutenzione straordinaria dei ponti canale ha richiesto l’iniziale idrodemolizione a pressioni controllate del calcestruzzo degradato, seguita da un rilievo fotogrammetrico aereo con UAV RTK, caratterizzato da un’accuratezza assoluta di circa 4 cm. L’acquisizione è stata condotta con un Ground Sample Distance (GSD) medio pari a 5,49 mm/pixel, risoluzione adeguata alla modellazione geometrica generale dell’opera ma non sufficiente per analisi millimetriche di dettaglio.

Il modello tridimensionale generato ha consentito una valutazione completa e accurata dello stato delle superfici demolite e delle condizioni del supporto.

Al fine di determinare con precisione lo spessore della scarifica, sono state eseguite campagne fotogrammetriche di dettaglio, sia aeree a bassa quota sia terrestri, estese alle superfici scarificate e alle porzioni di calcestruzzo sano non interessate dalla demolizione. Tali acquisizioni hanno raggiunto un GSD medio pari a 0,40 mm/pixel, ottenuto mediante riduzione della quota operativa e incremento della sovrapposizione fotogrammetrica, consentendo la generazione di nuvole di punti ad altissima densità e precisione.

Nelle aree di interesse sono stati posizionati i marker, impiegati come GCP (Ground Control Points) e CP (Check Points), collimati con stazione totale a 2″ in modalità EDM reflectorless, al fine di garantire il controllo rigoroso della qualità geometrica. L’elaborazione integrata dei dati fotogrammetrici e topografici ha restituito un errore residuo sui GCP pari a 0,47 mm e sui Check Points pari a 1,09 mm.

Sulla nuvola densa sono stati definiti i piani di riferimento mediante l'interpolazione delle superfici di calcestruzzo sano. In questa fase, l'obiettivo principale è stato il contenimento dell'errore RMS (Root Mean Square), mantenendolo prossimo allo zero per garantire la massima coerenza geometrica tra il piano matematico adottato e l'effettiva superficie del ponte canale.

Analisi geometrica e statistica della scarifica

Definito tale riferimento, è stata calcolata la distanza ortogonale dei punti della nuvola rispetto al piano medio, permettendo di mappare con precisione gli scostamenti sull’intera area di intervento. Questo processo ha consentito di determinare, per la zona analizzata del ponte canale, uno spessore medio pari a 4,3 cm. L’analisi statistica della distribuzione delle distanze ha quindi consentito la quantificazione del volume reale di materiale rimosso e del conseguente fabbisogno di malta da ripristino. Tale approccio è stato esteso sistematicamente al resto della struttura.

Una mappatura tridimensionale continua di tale dettaglio non sarebbe stata possibile mediante un rilievo manuale tradizionale, in quanto quest’ultimo avrebbe introdotto incertezze di misura significative, dovute all’impossibilità di apprezzare le irregolarità di un supporto privo di planarità. Tali aspetti risultano fondamentali per valutare con accuratezza le quantità dei materiali da ripristino e i relativi oneri economici. È opportuno sottolineare, infatti, che le malte speciali impiegate per il recupero corticale del calcestruzzo armato presentano costi unitari molto elevati, pertanto, anche una minima discrepanza nello spessore rilevato può comportare scostamenti finanziari rilevanti nel computo complessivo. La mappatura digitale ha permesso di monitorare l'errore residuo per ogni singola zona, validando esclusivamente le elaborazioni con errore millimetrico controllato. Ciò ha garantito il rigore necessario nella determinazione delle quantità, permettendo una compilazione oggettiva dei libretti delle misure.

Scelta della fotogrammetria classica

Sebbene i laser scanner statici e i sensori LiDAR rappresentino soluzioni d’eccellenza per il rilievo 3D grazie alla misura diretta, all’elevata affidabilità, precisione e velocità operativa, la scelta della fotogrammetria classica (aerea e terrestre) si è rivelata, nel caso specifico, una soluzione efficace per ragioni di sostenibilità economica e gestione delle risorse.

Spesso, all’interno degli enti pubblici, la presenza di professionalità altamente qualificate si scontra con vincoli di bilancio che limitano l’accesso a sistemi di scansione massiva, caratterizzati da costi di acquisizione e oneri di gestione elevati. In tale contesto, la sfida professionale consiste nel massimizzare le potenzialità della strumentazione in dotazione. La fotogrammetria, pur richiedendo un maggiore impegno metodologico e di post-elaborazione, ha consentito di raggiungere accuratezze dell’ordine del millimetro a costi contenuti.

Risultati

La mappatura fotogrammetrica ha permesso di rilevare e calcolare con affidabilità lo spessore di scarifica del calcestruzzo nei punti critici. I risultati ottenuti sono stati estremamente soddisfacenti, confermando una qualità metrica del modello dell’ordine del millimetro, con un RMSE pari a 0,47 mm sui GCP e 1,09 mm sui Check Points. L’analisi cromatica degli scostamenti sui modelli 3D ha consentito di identificare con immediatezza le aree con maggiore profondità di scarifica, fornendo dati quantitativi precisi sul volume di materiale necessario per il ripristino.

Conclusioni

I risultati ottenuti confermano che la fotogrammetria classica, se supportata da un rigoroso controllo topografico, rappresenta una soluzione tecnicamente affidabile ed economicamente sostenibile per la mappatura di precisione delle strutture in calcestruzzo degradate. L’accuratezza raggiunta ne attesta l’idoneità anche in ambiti professionali esigenti, dove la corretta quantificazione dei volumi incide direttamente sulla contabilità dei lavori.

Il metodo descritto è utilizzabile in differenti contesti, dal restauro architettonico al ripristino delle strutture in calcestruzzo armato, nei quali la determinazione degli spessori assume rilevanza tecnica e contabile.

In conclusione, l’esperienza maturata evidenzia come la qualità e l’affidabilità del dato dipendano non solo dalla tecnologia impiegata, ma soprattutto dalla rigorosa integrazione metodologica degli strumenti disponibili, anche in presenza di vincoli economici.

Key takeaways dell’attività

Precisione: l'utilizzo metodologico della fotogrammetria classica unita alla topografia tradizionale ha permesso di contenere l’errore sui punti di controllo entro valori del millimetro, superando i limiti di precisione del solo rilievo UAV.

Affidabilità del Metodo Geometrico: l'utilizzo di piani di riferimento calibrati su porzioni di calcestruzzo sano ha garantito una base "zero" stabile per il calcolo volumetrico; ciò rende la fotogrammetria classica una valida alternativa laddove l'accesso a sistemi Laser Scanner o LiDAR sia precluso da vincoli economici.

Analisi Statistica della Scarifica: l'impiego della distribuzione Gaussiana ha permesso di isolare la profondità media di scarifica (4,3 cm) dalla variabilità geometrica residua (deviazione standard pari a 1,4 cm), fornendo dati oggettivi e pienamente verificabili per il computo metrico delle malte di ripristino.