Rischio idraulico dei ponti: i sensori possono cambiare il modo di valutarlo?

L'aumento degli eventi alluvionali e i numerosi casi di collasso registrati negli ultimi decenni hanno riportato al centro dell'attenzione il tema della sicurezza idraulica dei ponti. Se i metodi di valutazione del rischio sono ormai consolidati, resta ancora poco sfruttato il patrimonio di informazioni che oggi può essere raccolto attraverso sensori, immagini satellitari, droni e sistemi di monitoraggio ambientale. La ricerca sta quindi aprendo una nuova frontiera: integrare questi dati nei modelli di analisi del rischio per rendere le valutazioni più dinamiche, tempestive e affidabili. È questa la direzione indicata da Maria Pregnolato, Professore Associato all'Università Tecnica di Delft (TU Delft), nel corso del III Convegno FABRE.

Dal monitoraggio alla previsione: la nuova frontiera della sicurezza dei ponti

Il rischio idraulico rappresenta oggi una delle principali minacce per la sicurezza dei ponti. Le cronache degli ultimi vent'anni hanno mostrato con sempre maggiore frequenza come fenomeni di piena, erosione delle fondazioni e trasporto di detriti possano compromettere la stabilità delle opere fino a provocarne il collasso. Non si tratta di un problema nuovo, ma la crescente intensità degli eventi meteorologici e la maggiore esposizione delle infrastrutture hanno reso evidente la necessità di ripensare gli strumenti con cui questo rischio viene valutato.

È proprio da questa consapevolezza che prende avvio il progetto di ricerca CRANN (Climate-Resilient Adapted National Network of Bridges), costituito da University of Galway (PI), TU Delft e Queen's University Belfast, Department for Infrastructure Ireland e presentato da Maria Pregnolato, Professore Associato all'Università Tecnica di Delft (TU Delft), durante il III Convegno FABRE, con l'obiettivo di integrare nei tradizionali approcci di valutazione del rischio le informazioni provenienti dai sistemi di monitoraggio e dai sensori distribuiti sul territorio.

Un cambio di paradigma che punta a trasformare enormi quantità di dati oggi disponibili in un supporto concreto alle decisioni di gestori e proprietari delle infrastrutture.

I metodi esistono, ma i dati vengono ancora sfruttati troppo poco

Negli ultimi anni la comunità scientifica ha sviluppato numerosi metodi per valutare il rischio idraulico dei ponti. Ogni Paese ha elaborato procedure proprie e differenti gestori adottano criteri di valutazione spesso molto diversi tra loro. Si tratta di approcci ormai consolidati, capaci di stimare il livello di rischio attraverso modelli numerici, indicatori qualitativi o metodologie ibride.

Il vero limite, tuttavia, non sembra essere l'assenza di strumenti, quanto la difficoltà nell'incorporare le nuove fonti informative che la tecnologia rende oggi disponibili.

Sensori installati direttamente sulle pile, sistemi che rilevano gli spostamenti delle strutture, immagini satellitari, rilievi effettuati con droni, reti meteorologiche e sistemi di monitoraggio idrologico producono una quantità crescente di dati. Eppure queste informazioni vengono raramente integrate all'interno dei modelli di valutazione del rischio.

Secondo Pregnolato, proprio questa rappresenta oggi una delle maggiori opportunità di innovazione: passare da modelli prevalentemente statici a sistemi dinamici, capaci di aggiornare continuamente la conoscenza dello stato dell'infrastruttura.

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Una revisione della letteratura conferma il vuoto metodologico

Per comprendere lo stato dell'arte, il gruppo di ricerca ha avviato una revisione sistematica della letteratura scientifica utilizzando il protocollo PRISMA, analizzando inizialmente circa mille pubblicazioni fino a selezionare una quarantina di studi realmente pertinenti.

L'analisi ha preso in considerazione esclusivamente i lavori dedicati al rischio idraulico dei ponti, con particolare attenzione ai fenomeni di erosione delle fondazioni, escludendo altri pericoli naturali e altre tipologie di infrastrutture.

I risultati offrono una fotografia piuttosto chiara della ricerca internazionale.

La maggior parte degli studi riguarda ponti stradali, mentre i casi studio si concentrano prevalentemente nel Regno Unito e negli Stati Uniti, Paesi che hanno registrato alcuni dei più significativi collassi dovuti a fenomeni idraulici e che ospitano alcuni dei principali gruppi di ricerca sul tema.

Dal punto di vista metodologico prevalgono gli approcci quantitativi, basati su modelli matematici e simulazioni numeriche, mentre una quota minore utilizza sistemi misti che combinano modelli fisici con procedure di classificazione del rischio, come avviene ad esempio nelle Linee Guida italiane.

L'aspetto più interessante della review riguarda però l'impiego dei sensori. Meno di dieci studi, infatti, propongono una reale integrazione tra approcci risk-based e dati provenienti dal monitoraggio.

Si tratta di un numero sorprendentemente ridotto se confrontato con la rapida diffusione delle tecnologie di monitoraggio strutturale e ambientale.

Dalla misura dell'erosione alla "data fusion"

I dispositivi oggi disponibili possono essere distinti in due grandi categorie.

Da un lato esistono sensori che misurano direttamente l'erosione in prossimità delle fondazioni, rilevando la progressiva rimozione del terreno attorno alle pile. Dall'altro sono disponibili sistemi che osservano gli effetti dell'erosione sulla struttura, come spostamenti, cedimenti o deformazioni.

A questi si affiancano strumenti che ampliano ulteriormente il quadro conoscitivo: immagini satellitari per il monitoraggio su vasta scala, rilievi mediante droni, stazioni meteorologiche e reti idrologiche che forniscono dati sui livelli idrici, sulle precipitazioni e sulle condizioni ambientali.

Il punto centrale, sottolineato dalla ricercatrice, è che nessuna di queste informazioni dovrebbe essere considerata isolatamente. Il vero valore nasce dalla loro integrazione.

È il concetto di data fusion: mettere insieme dati strutturali e dati ambientali per ottenere una rappresentazione molto più completa dello stato di salute dell'infrastruttura e della sua esposizione al rischio.

In altre parole, non basta sapere come si comporta il ponte. Occorre comprendere anche come evolve l'ambiente che lo circonda.

Verso una nuova generazione di framework per la gestione del rischio

La revisione della letteratura ha evidenziato un'altra lacuna significativa: oggi non esiste ancora un framework condiviso capace di integrare in modo organico le diverse tipologie di sensori all'interno delle metodologie di valutazione del rischio.

È proprio questo l'obiettivo del progetto CRANN, finanziato dalla Environmental Protection Agency Ireland.

L'idea è sviluppare un'architettura modulare, inizialmente basata su un numero limitato di sensori ma progettata per poter essere progressivamente ampliata. Un sistema "plug-in", nel quale nuove tecnologie possano essere integrate senza dover ripensare completamente il modello.

L'approccio sarà inoltre organizzato su più livelli. Alcuni strumenti, come le immagini satellitari, potranno essere utilizzati per uno screening preliminare di ampie porzioni di territorio, individuando le infrastrutture potenzialmente più vulnerabili. Solo successivamente entreranno in gioco sensori più sofisticati e monitoraggi di dettaglio destinati ai ponti prioritari.

Una logica che ricorda, almeno in parte, l'approccio a cascata già adottato nelle Linee Guida italiane, ma arricchita dalla disponibilità di dati in tempo reale.

Dai Digital Twin alla resilienza delle infrastrutture

Il percorso di ricerca non si fermerà al progetto CRANN. Come anticipato da Pregnolato, prenderà infatti avvio anche FlooDT (Digital Twin for flood-resilient infrastructure management), sponsorizzato da NWO (Dutch Research Council), un progetto dedicato allo sviluppo di Digital Twin per le infrastrutture critiche.

L'obiettivo è ancora più ambizioso: costruire gemelli digitali dei ponti capaci di integrare informazioni provenienti da molteplici sensori, sia strutturali sia ambientali, combinandole con scenari di cambiamento climatico e modelli previsionali.

In questo modo il monitoraggio non sarà più soltanto uno strumento per osservare ciò che accade, ma diventerà un supporto decisionale per anticipare l'evoluzione del rischio, pianificare gli interventi di manutenzione e aumentare la resilienza delle infrastrutture.

Il messaggio emerso dal III Convegno FABRE è chiaro: i dati necessari per compiere questo salto di qualità esistono già. La sfida non è raccoglierne altri, ma imparare a integrarli in modelli capaci di trasformare il monitoraggio in una gestione realmente intelligente del rischio idraulico dei ponti.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI MARIA PREGNOLATO

Il testo è stato elaborato mediante la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto di strumenti di IA (ChatGpT)

IN SINTESI
-Il rischio idraulico è una delle principali cause di vulnerabilità dei ponti, come dimostrano i numerosi collassi registrati a livello internazionale negli ultimi vent'anni.
-Gli attuali metodi di valutazione del rischio sono consolidati, ma sfruttano ancora in misura limitata i dati provenienti da sensori, droni, immagini satellitari e sistemi di monitoraggio ambientale.
-Una revisione della letteratura scientifica ha evidenziato un importante gap, mostrando che solo un numero molto limitato di studi integra realmente i dati dei sensori nei modelli di analisi del rischio.
-Il progetto CRAN punta a sviluppare un framework innovativo capace di combinare dati strutturali e ambientali attraverso un approccio modulare e basato sulla data fusion.
-Il futuro guarda ai Digital Twin delle infrastrutture, che integreranno monitoraggio in tempo reale, scenari di cambiamento climatico e modelli previsionali per migliorare sicurezza, manutenzione e resilienza dei ponti.