Soluzioni innovative per il monitoraggio di edifici e delle opere d'arte infrastrutturale

La prevenzione strutturale richiede oggi strumenti capaci di leggere con anticipo i segnali di degrado che interessano edifici storici e infrastrutture. In questo contesto, le tecnologie SAR basate su radar satellitari rappresentano una delle innovazioni più interessanti degli ultimi anni. Attraverso l’analisi interferometrica delle immagini satellitari è possibile monitorare deformazioni lente, cedimenti e movimenti millimetrici delle strutture nel tempo. L’esperienza sviluppata dall’Università di Perugia dimostra come questi sistemi possano supportare la diagnosi strutturale, integrare il monitoraggio tradizionale e contribuire alla definizione di strategie di manutenzione predittiva. Dai casi studio di Gubbio fino al collasso del ponte di Albiano Magra, emerge il potenziale di una tecnologia che può cambiare il modo di affrontare la sicurezza del patrimonio costruito.

Il monitoraggio continuo aiuta ad evidenziare segnali precoci di degrado delle infrastrutture che si manifestano lentamente

La prevenzione strutturale passa sempre più dalla capacità di leggere segnali deboli, spesso invisibili all’occhio umano, ma fondamentali per comprendere l’evoluzione del danno nel tempo. È questo il cuore dell’intervento effettuato da Nicola Cavalagli, docente dell’Università di Perugia, che da oltre dieci anni lavora sui temi del monitoraggio strutturale applicato prima agli edifici storici e oggi anche alle infrastrutture. Un percorso di ricerca che mette al centro la necessità di superare una logica emergenziale per costruire invece una cultura della diagnosi continua, supportata da tecnologie avanzate e modelli predittivi.

Nel dibattito contemporaneo sulla sicurezza del patrimonio costruito, il monitoraggio non può più essere considerato un’attività accessoria o episodica. Le strutture, specialmente quelle storiche o infrastrutturali, manifestano spesso segnali precoci di degrado che si sviluppano lentamente nel tempo: piccoli cedimenti, deformazioni millimetriche, aperture progressive di fessure, movimenti indotti dal terreno o da variazioni ambientali. Fenomeni apparentemente marginali che, se correttamente interpretati, possono rappresentare un sistema di allerta fondamentale.

Dai satelliti alla diagnosi strutturale

Uno degli aspetti più innovativi illustrati da Cavalagli riguarda l’utilizzo dei dati SAR, cioè informazioni ottenute tramite radar satellitari. I satelliti inviano continuamente segnali verso la superficie terrestre e registrano il segnale riflesso da edifici, infrastrutture e altri elementi stabili del territorio. Attraverso tecniche interferometriche è possibile confrontare immagini acquisite in tempi differenti e misurare spostamenti anche dell’ordine del millimetro.

Questa tecnologia nasce originariamente per il monitoraggio territoriale e geologico, ma negli ultimi anni ha trovato applicazioni sempre più interessanti nel settore strutturale. Il principio è semplice solo in apparenza: il satellite non misura direttamente lo spostamento reale della struttura, ma soltanto la componente lungo la propria linea di vista. Inoltre le misure sono differenziali, cioè basate sul confronto temporale tra immagini successive. È quindi necessario interpretare correttamente il dato, integrandolo con competenze ingegneristiche e conoscenza del comportamento strutturale.

Uno dei vantaggi più importanti di questi sistemi è la possibilità di accedere a serie storiche molto estese. Le costellazioni satellitari operative da oltre quindici anni consentono infatti di ricostruire retroattivamente l’evoluzione di un edificio o di un’infrastruttura, offrendo una memoria storica preziosa per comprendere quando un fenomeno deformativo abbia avuto origine e come si sia evoluto.

Particolarmente significativa è l’esperienza italiana legata alla costellazione COSMO-SkyMed dell’Agenzia Spaziale Italiana, oggi affiancata anche dal sistema europeo Sentinel del programma Copernicus. Le differenze tra le bande radar utilizzate incidono direttamente sulla risoluzione spaziale e quindi sulla capacità di identificare punti significativi sulle strutture monitorate.

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Edifici storici e mura urbane: leggere i segnali invisibili

Le applicazioni presentate dall’Università di Perugia mostrano chiaramente il potenziale di queste metodologie. Uno dei casi studio più interessanti riguarda il Palazzo dei Consoli di Gubbio. L’analisi interferometrica ha evidenziato differenze di comportamento tra differenti porzioni dell’edificio, con trend deformativi molto lievi ma persistenti. Incrociando i dati con il quadro fessurativo esistente, è stato possibile correlare alcune divergenze registrate dal satellite con uno sciame sismico avvenuto nel 2013.

L’aspetto più rilevante non è soltanto la capacità di misurare spostamenti dell’ordine di pochi millimetri, ma soprattutto la possibilità di individuare dinamiche evolutive che altrimenti rischierebbero di rimanere inosservate fino alla comparsa di danni evidenti.

Analogo approccio è stato adottato per il monitoraggio delle mura storiche di Gubbio, dove l’analisi dei dati satellitari ha consentito di individuare zone soggette a criticità deformative, successivamente confermate da rilievi in situ. In questi casi emerge chiaramente il valore della complementarità tra monitoraggio remoto e controlli tradizionali: il dato satellitare non sostituisce le indagini dirette, ma permette di orientarle in modo molto più efficace.

Interessante anche la possibilità di osservare effetti stagionali e variazioni legate alle condizioni ambientali, come cicli termici o fenomeni di umidità, che influenzano il comportamento delle strutture nel lungo periodo.

Il caso dei ponti: verso modelli predittivi del collasso

Le infrastrutture rappresentano oggi uno degli ambiti più promettenti per l’applicazione dei dati SAR. I ponti, in particolare, costituiscono target molto favorevoli per il monitoraggio radar grazie alla loro geometria e all’esposizione rispetto all’ambiente circostante.

Il caso del ponte di Albiano Magra, collassato nell’aprile 2020, costituisce un esempio emblematico delle potenzialità di questi strumenti. Attraverso l’analisi dei dati satellitari è stato possibile individuare movimenti progressivi compatibili con fenomeni deformativi in atto già negli anni precedenti al crollo.

Le elaborazioni effettuate hanno evidenziato spostamenti orizzontali e verticali anomali dell’impalcato e delle spalle del ponte, con una progressiva accumulazione delle deformazioni a partire dal 2017. Integrando questi dati con modelli numerici avanzati è stato possibile ricostruire il cinematismo di collasso e simulare scenari evolutivi della struttura.

Qui emerge uno degli aspetti più avanzati della ricerca: la transizione dal semplice monitoraggio alla previsione del danno. Quando il comportamento strutturale viene descritto attraverso modelli affidabili e continuamente aggiornati con dati reali, diventa teoricamente possibile stimare l’evoluzione futura del fenomeno e definire soglie di allerta.

Non si tratta ancora di una previsione deterministica del collasso, ma di una capacità crescente di interpretare segnali precursori e identificare situazioni di rischio prima che si trasformino in emergenze.

Una nuova cultura della prevenzione

L’esperienza maturata sui casi studio italiani ed europei mostra come il monitoraggio satellitare possa diventare uno strumento strategico per la gestione del patrimonio costruito. La disponibilità gratuita dei dati Sentinel attraverso il programma europeo Copernicus rappresenta inoltre un’opportunità enorme per enti pubblici, amministrazioni e professionisti.

Naturalmente il dato grezzo non basta. Servono competenze specialistiche per interpretare correttamente le informazioni, comprendere i limiti della tecnologia e integrare le osservazioni con modelli strutturali, rilievi in situ e conoscenza del contesto geotecnico e ambientale.

Il monitoraggio satellitare non sostituisce l’ingegneria tradizionale, ma la arricchisce di una dimensione temporale fino a pochi anni fa impensabile. La possibilità di osservare nel tempo il comportamento reale di edifici e infrastrutture apre infatti scenari completamente nuovi nella manutenzione predittiva e nella gestione del rischio.

La vera sfida, come sottolinea Cavalagli, è passare da un approccio reattivo a una logica di prevenzione strutturale permanente. Perché la sicurezza del patrimonio costruito non dipende soltanto dalla capacità di intervenire dopo un danno, ma soprattutto dalla capacità di riconoscere in anticipo i segnali che precedono la crisi.

DI SEGUITO L'INTERVENTO INTEGRALE DI NICOLA CAVALAGLI.

Il testo è stato elaborato utilizzando la videoregistrazione dell'intervento, con l'aiuto dell'IA (ChatGpT).

IN SINTESI
-I dati SAR satellitari consentono di monitorare spostamenti millimetrici di edifici storici e infrastrutture attraverso tecniche interferometriche.
-Il monitoraggio remoto permette di individuare fenomeni lenti come cedimenti, subsidenze e aperture di fessure prima che diventino criticità evidenti.
-Le applicazioni sviluppate dall’Università di Perugia mostrano casi concreti su palazzi storici, mura urbane e ponti, tra cui il ponte di Albiano Magra.
-L’integrazione tra dati satellitari, monitoraggi in sito e modellazioni numeriche apre la strada a sistemi di manutenzione predittiva e valutazione del rischio.
-I dati del programma europeo Copernicus e delle costellazioni satellitari come COSMO-SkyMed rappresentano una risorsa strategica per la prevenzione strutturale e la gestione del patrimonio costruito.