Monitoraggio delle strutture in legno: metodi, sensori e applicazioni nel mondo reale

Il legno sta vivendo una nuova stagione di centralità nell’ingegneria strutturale grazie alla sua sostenibilità e alle elevate prestazioni dei prodotti ingegnerizzati. Tuttavia, la sua sensibilità alle condizioni ambientali impone un approccio più attento alla durabilità. Il monitoraggio strutturale si configura come uno strumento chiave per controllare nel tempo lo stato di salute delle costruzioni lignee. Attraverso sensori avanzati e sistemi integrati, è possibile rilevare precocemente fenomeni di degrado. L’approfondimento prende spunto dalle ricerche di Florence D. More per delineare lo stato dell’arte e le prospettive future.

Il ruolo strategico dello Structural Health Monitoring nelle strutture lignee

Il crescente interesse verso il legno come materiale strutturale rappresenta uno dei fenomeni più significativi dell’ingegneria civile contemporanea. La sua natura rinnovabile, l’ampia disponibilità e il valore estetico lo rendono una scelta sempre più diffusa sia per edifici residenziali sia per opere complesse. A questo si aggiunge lo sviluppo di prodotti ingegnerizzati ad alte prestazioni, come il legno lamellare incollato (glulam) e il cross laminated timber (CLT), che hanno ampliato notevolmente le possibilità progettuali. In questo scenario, il contributo della ricercatrice Florence D. More, presentato ad ANIDIS 2025, si inserisce in modo rilevante, offrendo una panoramica aggiornata sul ruolo del monitoraggio strutturale (Structural Health Monitoring, SHM) nelle costruzioni in legno.

Il monitoraggio strutturale si configura oggi come uno strumento essenziale per garantire sicurezza, durabilità e prestazioni nel tempo delle strutture in legno. A differenza dei materiali tradizionali come acciaio e calcestruzzo, il legno presenta una maggiore sensibilità alle condizioni ambientali e biologiche, rendendo necessario un controllo continuo del suo stato di salute.

Lo SHM consente di raccogliere dati in tempo reale su parametri fondamentali come deformazioni, spostamenti, vibrazioni, temperatura e contenuto di umidità. Questo approccio permette non solo di individuare tempestivamente eventuali danni, ma anche di comprenderne l’evoluzione nel tempo, favorendo strategie di manutenzione predittiva piuttosto che interventi correttivi tardivi.

Le tecnologie di monitoraggio si articolano principalmente in due categorie: sensori integrati all’interno del materiale e sensori applicati superficialmente. I primi consentono una lettura diretta e continua delle condizioni interne del legno, mentre i secondi risultano più facilmente installabili e manutenibili, soprattutto su strutture esistenti.

La presente relazione è stata presentata ad ANIDIS 2025 (Assisi, 7-11 settembre) e gli autori sono: More D. Florence, Antonio Sandoli e Giovanni Fabbrocino.

Sensori e metodologie: un ecosistema tecnologico in evoluzione

Il panorama delle tecnologie di monitoraggio è estremamente variegato e in costante evoluzione. Tra i sensori più diffusi si trovano gli estensimetri, gli accelerometri e i sistemi a fibra ottica, spesso integrati in reti wireless per una gestione più efficiente dei dati. Questi dispositivi permettono di rilevare grandezze fisiche diverse, contribuendo a una visione complessiva del comportamento strutturale.

Particolarmente rilevanti sono i sensori a fibra ottica, che negli ultimi anni hanno conosciuto una diffusione crescente grazie alla loro elevata sensibilità e alla possibilità di essere integrati direttamente nel materiale. Allo stesso tempo, tecniche come l’emissione acustica, basata su sensori piezoelettrici, consentono di individuare difetti interni attraverso la rilevazione di onde elastiche generate da microfratture o altri fenomeni di degrado.

Anche le prove ultrasoniche rappresentano uno strumento efficace per la diagnosi non distruttiva, sfruttando la propagazione delle onde sonore per individuare discontinuità nel materiale. Un ulteriore approccio è rappresentato dall’analisi modale operativa, che consente di identificare variazioni nelle frequenze proprie e nelle forme modali della struttura, indicatrici di possibili danni.

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Degrado del legno: cause ambientali e biologiche

Uno degli aspetti più critici nella gestione delle strutture lignee è rappresentato dalla loro vulnerabilità a fattori ambientali e biologici. L’umidità e la temperatura giocano un ruolo determinante nel comportamento del legno, influenzandone sia le proprietà meccaniche sia la durabilità.

L’assorbimento di umidità provoca fenomeni di rigonfiamento e ritiro, che nel tempo possono generare fessurazioni e indebolire la struttura. Inoltre, condizioni di elevata umidità favoriscono lo sviluppo di funghi e l’attacco da parte di insetti xilofagi, accelerando i processi di degrado biologico.

Anche le escursioni termiche contribuiscono al deterioramento, inducendo cicli di espansione e contrazione che possono compromettere l’integrità del materiale. A questi fattori si aggiungono problematiche legate a una progettazione inadeguata o a una manutenzione insufficiente, come la scarsa ventilazione o un drenaggio inefficace, che possono aggravare l’accumulo di umidità e favorire il decadimento.

Esempi concreti di tali fenomeni sono visibili in numerosi edifici storici in Europa, dove chiese e strutture antiche hanno subito danni significativi proprio a causa di queste condizioni, evidenziando l’importanza di un monitoraggio continuo e mirato.

Applicazioni reali e prospettive future

Le applicazioni del monitoraggio strutturale nel legno sono già una realtà consolidata in diversi contesti internazionali. In Scandinavia, ad esempio, edifici multipiano in legno sono stati oggetto di monitoraggio continuo attraverso l’impiego combinato di accelerometri e sensori ambientali. In Svezia, un edificio di sei piani è stato analizzato nel tempo per valutare le prestazioni strutturali in condizioni reali, mentre in Norvegia un edificio di otto piani è stato dotato di una rete permanente di sensori, inclusi anemometri e stazioni meteorologiche.

Questi studi dimostrano l’efficacia dell’approccio multi-sensore, che integra dati strutturali e ambientali per fornire una diagnosi completa e affidabile. Tuttavia, permangono alcune criticità, tra cui la necessità di sviluppare sensori più durabili e affidabili nel lungo periodo, nonché la mancanza di protocolli standardizzati per l’implementazione dello SHM nelle strutture in legno.

Nonostante queste sfide, le prospettive sono estremamente promettenti. L’integrazione tra tecnologie digitali, sensoristica avanzata e modelli predittivi apre la strada a una nuova generazione di edifici intelligenti, in grado di monitorare autonomamente il proprio stato di salute e di adattarsi alle condizioni ambientali.