Smart Concrete
Nell’ambito dell’ingegneria strutturale, la salvaguardia e la gestione di infrastrutture civili in cemento armato e cemento armato precompresso rivestono un ruolo di primo piano. Tuttavia, nella pratica realizzativa, ancora oggi le attività progettuali, costruttive e di collaudo non prevedono accorgimenti tecnici che consentono di poter verificare, nel corso della vita utile dell’opera, l’evoluzione dei coefficienti di sicurezza, né tanto meno il livello di affidabilità strutturale a valle di eventi eccezionali che possono interessare la struttura.
Nel corso degl’ultimi anni si è sviluppata, in alcuni ambiti, una crescente sensibilità nei confronti delle tematiche che riguardano il monitoraggio strutturale automatico e permanente, in particolare nel campo delle strutture in cemento armato. Tale fenomeno, favorito sicuramente dal continuo progresso tecnologico, si è sviluppato soprattutto grazie alla presa di coscienza da parte dei tecnici che anche nell’ingegneria civile è possibile introdurre e sviluppare il concetto di smart structure (struttura intelligente), come già ampiamente riscontrato in settori quali la meccanica e l’aeronautica, dove gli elementi strutturali più strategici incorporano dei sensori mediante i quali è possibile valutare, in presa diretta, lo stato di efficienza ed affidabilità. Attualmente nel campo delle opere in cemento armato e cemento armato precompresso, le strutture di importanti dimensioni (ponti, viadotti, stadi, tunnel, grattacieli…) vengono monitorate con dei sensori esterni (accelerometri, anemometri, …) che forniscono informazioni relative alle risposte strutturali ma non al livello dello stato tensionale intrinseco. Ciò è anche dovuto al fatto che le soluzioni disponibili, come ad esempio l’uso di sensori a fibre ottiche annegati nel calcestruzzo di particolari sezioni di alcuni tunnel, sono molto complesse ed hanno costi eccessivi che ne impediscono la diffusione.
Le soluzioni di Structural Health Monitoring (SHM) (sistema e servizio), renderanno possibile tenere sotto controllo grandezze fisiche rappresentative dello “stato di salute” delle strutture in calcestruzzo. Creando una rete di sensori sviluppati ad hoc e residenti nelle membrature stesse, ed integrati all’interno del materiale edilizio, sarà possibile la sorveglianza di diversi parametri, critici per la sicurezza strutturale ed utili per una programmazione adeguata degli interventi di manutenzione. Si evidenzia peraltro che i sensori di cui trattasi possono anche essere post installati su strutture in calcestruzzo armato o precompresso esistenti; ovviamente in tale caso saranno in grado di percepire lo stato tensionale dovuto alle sole azioni applicate successivamente alla loro installazione, quali in generale le azioni variabili e talvolta una quota delle azioni permanenti. Tale aspetto specifico dell’applicazione dei sensori è particolarmente rilevante nel monitoraggio dell’evoluzione del degrado effettivo nelle strutture esistenti e nel confronto con quello atteso, in particolare quando si sia nella condizione di applicare dei criteri di priorità di intervento su più strutture ammalorate appartenenti alla stessa infrastruttura. In particolare, la tensione negli elementi realizzati in cemento armato precompresso (che rappresentano le fondamenta e la struttura portante di edifici, ponti, viadotti, ecc.) verrà monitorata mediante appositi sensori, interconnessi e accessibili tramite dei lettori RFID, posti all’interno del materiale edilizio e quindi della struttura.
La complessità del presente Progetto rappresenta una vera sfida in quanto oggi a livello mondiale non esistono sistemi affidabili in grado di eseguire misure tensoriali all’interno di elementi strutturali. Il successo del progetto rappresenterebbe un’innovazione radicale sul monitoraggio delle strutture infatti ad oggi non esiste alcuna soluzione in grado di valutare lo stato tensoriale delle strutture “dall’interno”, con strumentazioni economiche che non necessitano di personale altamente qualificato per effettuare le misure.
I risultati derivanti dalla proposta e il sistema/servizio di Structure Health Monitoring (SHM) presentano immediate ricadute sulla sicurezza delle nostre infrastrutture e dei nostri ambienti di vita, a supporto dello sviluppo, nel contesto delle Smart Cities, di “Architetture”, più sostenibili dal punto di vista della sicurezza e della salute più intelligenti in termini di capacità di interconnessione ed interattività, grazie all’utilizzo delle tecnologie ICT anche all’interno del materiale edilizio e di una piattaforma SW aperta e interoperabile in grado di integrarsi con applicazioni nell’ottica del principio dello “Zero Impact Building”.