26 agosto 2018

(1) Costruiamo la società intelligente - Partiamo dal ponte di Genova


1 - Partiamo dal ponte di Genova

1.1 - Anche i ponti possono parlare

Ah, se solo potesse parlare il ponte Morandi. Se potesse raccontarci la sua storia: come e perché si è ammalato, i segnali e perfino le urla che ha lanciato, ma che nessuno ha saputo ascoltare.

Affermazione retorica, direte voi, i ponti non possono parlare.

Sbagliato. Questo era certo vero in passato, ma oggi no. Il tempo corre sempre più veloce, è ciò che immaginiamo essere futuro, spesso è già presente, se non addirittura passato.

Oggi i ponti possono e dovrebbero parlarci.  Stiamo costruendo un mondo pieno di oggetti e di cose che ci parlano continuamente. Oggetti e sistemi dotati di sensori e tecnologie che raccolgono dati, li incrociano con altri dati e li analizzano e poi ci parlano, dandoci esattamente le informazioni che ci servono.

Oggetti che chiamiamo “smart”, a cui abbiamo dato una qualche forma di intelligenza. Oggetti connessi alla rete mondiale Internet, insieme a noi esseri umani. Oggetti diventati parte di un’intelligenza collettiva, capace di rendere la nostra vita più facile, piacevole e sicura.

Purtroppo il ponte Morandi di Genova non era smart. Una mancanza grave, ignota ai tanti di noi che in quel fatale 14 agosto l’hanno attraversato inconsapevoli. Ignari di partecipare ad una tremenda roulette russa che alle 11.50 ha colpito fatalmente più di 30 auto e 3 Tir, con 43 vite spezzate e decine di feriti più o meno gravi.

Ponte Morandi di Genova
Figura 1.1 - Il ponte Morandi a Genova
Progettato dall’Ingegner Riccardo Moranti, realizzato in calcestruzzo precompresso, fu inaugurato nel 1967 (51 anni fa. Lungo 1.182 m, con una campata maggiore lunga 210 m. Fin dai primi decenni il ponte è stato oggetto di importanti interventi di manutenzione, a seguito di crepe dell’impalcato, fessurazioni e degrado del calcestruzzo

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Una tragedia immane, che poteva essere evitata, semplicemente trovando modi efficaci di ascoltare i segnali di un ponte pieno di difetti, alcuni noti fin dalla sua costruzione.
Non abbiamo saputo farlo, ma tanto possiamo ancora fare.
Possiamo evitare tante nuove tragedie annunciate, che si verificheranno inevitabilmente se non sapremo governare efficacemente le complesse tecnologie che ci consentono di superare le barriere dello spazio, per muoverci sempre più velocemente, al di sopra degli abissi o all’interno di maestose montagne.

In questo e nei prossimi post voglio condividere alcune riflessioni sulle nuove tecnologie che dovrebbero rendere il nostro mondo più prospero e sicuro.

Penso che la conoscenza e il dialogo siano essenziali se vogliamo riuscire ad utilizzare l’enorme estensione delle capacità umane che deriva dalle nuove tecnologie dell’informazione e della comunicazione per costruire una società collettivamente più intelligente.

In un mondo globale, dove ognuno è connesso con ciascun altro, la società degli esseri umani è una sola. Può diventare una società intelligente solo se i suoi membri cooperano e si governano efficacemente per migliorare la vita di tutti gli esseri umani.

Al contrario, in una società dove prevalgono gli egoismi, si generano conflitti, guerre, distruzione delle risorse naturali. Questa non può che essere una società stupida, in cui alla fine tutti perdono, anche coloro che a prima vista sembrano avvantaggiarsene.

1.2 - L'internet delle cose

Iniziamo allora a vedere il mondo dove i ponti possono parlare.

Lo chiamano Internet delle cose (in inglese “Internet of Things”, IoT), l’insieme di tutte le cose che noi possiamo rendere in qualche modo intelligenti con l’uso delle moderne tecnologie informatiche.
Nel 2017 si contavano circa 9 miliardi di oggetti resi intelligenti in questo modo. Dovrebbero diventare 30-50 miliardi entro il 2020, capaci di produrre un ordine di grandezza di 600 ZB (zettabytes) all’anno di informazioni (1 ZB = 1000 miliardi di GB): automobili, elettrodomestici, edifici, dispositivi medici, macchine industriali, indumenti, e anche infrastrutture, inclusi naturalmente i ponti, soprattutto quelli più a rischio e quindi bisognosi - per la nostra sicurezza - di un controllo particolarmente efficace e continuativo. 

Mario Vagnoli
Figura 1.2 - Mario Vagnoli
Ingegnere, esperto in metodi di
intelligenza artificiale per il
monitoraggio continuo di 
infrastrutture.
"Siamo nel 2018, abbiamo sensori che raccolgono migliaia di dati ogni secondo” - ci ricorda in un’intervista l’Ingegner Matteo Vagnoli (nella foto), esperto in metodi di intelligenza artificiale per il monitoraggio continuo di infrastrutture - “e abbiamo a disposizione una capacità di calcolo sempre più performante, che ci permette di sviluppare metodi di intelligenza artificiale in grado di monitorare, in tempo reale, i nostri sistemi (centrali elettriche, automobili, aerei, treni, mercato finanziario, ecc)”.
Per quanto riguarda le infrastrutture, soprattutto se sono presenti delle criticità, allora dei sistemi di monitoraggio in tempo reale dovrebbero essere installati sui punti danneggiati, in modo da monitorarli fintantoché non viene fatta la manutenzione.

La ricerca accademica negli ultimi 10/15 anni” - ci ricorda ancora Vagnoli - “ha ampiamente dimostrato che metodi di intelligenza artificiale possono aumentare di molto la sicurezza e affidabilità delle infrastrutture”. Quando “un sistema di sensori è installato sull’infrastruttura, i dati raccolti vengono analizzati da algoritmi per valutare le condizioni dell’infrastruttura”.

Se tutto è nella norma il sistema è comunque in grado di prevedere le condizioni future dell’infrastruttura, altrimenti, se l’algoritmo rileva un’anomalia, è in grado di lanciare un allarme, in modo da prevenire un disastro.

Inoltre” - prosegue Vignoli - “grazie al cosiddetto machine learning, gli algoritmi sono in grado di migliorarsi autonomamente sempre di più, imparando il comportamento di un sistema analizzando i dati raccolti monitorando il sistema stesso, e sono quindi in grado di prevedere il comportamento futuro del sistema e verificare se tutto sta funzionando correttamente.”

Applicare queste tecniche significa anche ottenere “un grande risparmio economico per il gestore dell’infrastruttura, in quanto questo approccio permette di passare da un regime di manutenzione programmata (faccio manutenzione o ispezioni visive mandando personale qualificato in loco ogni tot anni) a un regime di manutenzione predittiva (faccio manutenzione solo quando l’infrastruttura lo richiede veramente). Il risparmio può essere davvero significativo, perché il gestore della struttura è a conoscenza della condizione della struttura in maniera continuativa, e quindi può ottimizzare le sue risorse economiche”.

Oggi le tecniche di intelligenza artificiale e machine learning sono ampiamente utilizzati ad esempio da aziende come Google, Facebook, Instagram, Amazon per personalizzare le informazioni che ci vengono fornite sulla base delle nostre esigenze ed interessi.

Nel settore finanziario sono utilizzate per prevedere i risultati degli investimenti, “in ingegneria per monitorare lo stato di salute di sistemi critici, quali centrali elettriche, reti di distribuzione dell’energia, aeroplani (i cui motori sono monitorati continuamente)” e altre infrastrutture, tra cui appunto rientrano i ponti.
 
1.3 - Il controllo delle infrastrutture
La terribile tragedia del crollo del ponte Morandi a Genova solleva indubbiamente numerose questioni. Su quelle relative alle responsabilità penali dovrà pronunciarsi la magistratura. Noi come cittadini abbiamo però il diritto di chiedere chiarezza su alcune questioni fondamentali.

In primo luogo su come sono controllati i ponti nel nostro Paese. In che misura sono applicate le tecnologie disponibili allo stato dell’arte per monitorare in tempo reale lo stato di salute delle infrastrutture più a rischio ed in particolare del ponti, necessarie sia per mirare gli interventi di manutenzione sia per dotarsi di sistemi di allerta che possano consentire di intervenire in caso di pericolo prima del crollo?

E inoltre quale organismo tecnico ha la responsabilità e l’autonomia decisionale per assumere le opportune decisione relative alla sicurezza dei ponti? Quest’ultimo punto è di particolare importanza, in quanto dovrebbe essere ovvio che la decisione di lasciare aperto o chiudere un ponte o di come controllarlo dovrebbe essere sotto la piena responsabilità di organismi tecnici altamente qualificati e dotati della massima indipendenza e autonomia professionale.

1.4 - Un ponte ad alto rischio
Antonio Brencich
Figura 1.3 - Antonio Brencich
docente di costruzioni in cemento
armato alla facoltà di ingegneria
dell'Università di Genova.
Il ponte Morandi era considerato dai tecnici come un ponte ad alto rischio.

L’Ingegner Antonio Brencich (nella foto a destra), docente di Costruzioni in cemento armato alla facoltà di Ingegneria dell’Università di Genova, in un’intervista del 2016 aveva definito il ponte Morandi "un fallimento dell’ingegneria".

Negli anni Novanta”, spiega Brencich, “furono fatti molti lavori: gli stralli furono affiancati da nuovi cavi di acciaio. Indice che già al tempo furono rilevati cedimenti e si cercò di correre ai ripari integrando la struttura originaria per far sì che non insorgessero situazioni di pericolo”.


Stefano della Torre
Figura 1.4 - Stefano della Torre
Ingegnere, direttore del dipartimento 
di Architettura del Politecnico 
di Milano.
L’ingegner Stefano della Torre (nella foto a sinistra) è il direttore del dipartimento di Architettura e Ingegneria delle Costruzioni del Politecnico di Milano, che nell’autunno del 2017 ha avuto l’incarico di fare una valutazione sulla sicurezza del ponte Morandi di Genova. L’analisi fu fatta tra il 9 e il 13 ottobre 2017.

Furono evidenziate “anomalie significative” che potevano essere imputabili alla corrosione oppure ad un difetto di iniezione nel calcestruzzo.

Le anomalie riguardavano in particolare i tiranti della torre 9 - proprio quella crollata il 14 agosto.

Gli esperti del politecnico suggerirono di accelerare i lavori, già previsti con un maxi-appalto, per la ristrutturazione dei tiranti a rischio, ma soprattutto suggerirono ad Autostrade per l’Italia l’urgente adozione di “sistemi di monitoraggio degli stralli per controllare la situazione 24 ore su 24”.

Autostrade per l’Italia. In una nota stampa, ci ha informato che l’infrastruttura del Ponte Morandi “era monitorata dalle strutture tecniche della Direzione di Tronco di Genova con cadenza trimestrale secondo le prescrizioni di legge e con verifiche aggiuntive realizzate mediante apparecchiature altamente specialistiche”.

Monitoraggio trimestrale? Perché non furono seguite le indicazioni fornite degli esperti del Politecnico di Milano?

Eppure erano molto chiare: un ponte considerato da anni ad alto rischio, con gravi criticità evidenziate in parti specifiche della sua struttura, doveva essere chiuso oppure doveva essere assolutamente monitorato in tempo reale, utilizzando peraltro tecnologie disponibili ed usate in tutto il mondo da qualche decennio.
Srttimio Perlini
Figura 1.5 - Settimio Perlini
Ingegnere civile, esperto in applicazioni 
Hi-Tech. Si occupa di divulgazione
 tecnologica dal 1981.

L’ingegner Settimio Perlini (nella foto), in un suo articolo, ci ricorda che “chi lavora nel campo dell’ingegneria sa benissimo che le situazioni di pericolo vengono monitorate e gli strumenti per farlo esistono da decenni: sono in grado di determinare le dilatazioni, l’allargamento di una crepa, la frequenza e la consistenza delle flessioni di una trave nel tempo, la tensione presente in un strallo e da anni, grazie a quella che chiamiamo ormai comunemente IOT, Internet Of Things, di comunicare i dati in tempo reale ad una centrale di rilevamento”.

Se, come leggiamo nelle dichiarazioni di illustri cattedratici, il ponte Morandi era da anni un ponte a rischio, che necessitava di continue manutenzioni e magari sottoposto a carichi continui per cui non era stato progettato nell’uso normale, perchè queste tecnologie che hanno un costo di qualche migliaio di Euro non erano state implementate? 

Perché non era stato studiato o implementato un sistema di allarme che prevedesse almeno l’interruzione del traffico in presenza di una anomalia del comportamento del ponte o un peggioramento delle sue condizioni? 

Il ponte non si sarebbe salvato ma forse tante auto non sarebbero cadute di sotto nel torrente Polcevera e si sarebbero risparmiate tante vite”.

Le domande sono chiare, e magari vi sono delle ragioni per cui tutto questo non si è potuto fare, ragioni che però l’opinione pubblica ha il diritto di conoscere, così come ha il diritto di conoscere il flusso del processo decisionale in relazione alla sicurezza del ponte.

1.5 - Bridge Structural Health Monitoring (BSHM)
I sistemi di monitoraggio intelligente in tempo reale della salute delle infrastrutture, come appunto i ponti (noti come “Structural Health Monitoring” o SHM), rappresentano ormai degli standard applicati in tutto il mondo.

Grazie ai numerosi tipi di sensori disponibili, l’affidabilità dei dati raccolti è elevatissima. In pratica è possibile creare una copia virtuale del ponte, che registra informazioni in tempo realel. il ponte può quindi essere controllato in ogni singolo componente, anche in modo automatico, con l’ausilio di moderni sistemi di intelligenza artificiale, in grado di inviare allarmi e produrre relazioni sul suo stato di salute.
BSHM - Indicatori di salute di un ponte
Figura 1.6 - BSHM - Indicatori di salute di un ponte
Anche grazie all’analisi dei numerosissimi dati storici raccolti dai sistemi di “Bridge Structural Health Monitoring” (BSHM) in tutto il mondo, è oggi possibile identificare e mettere sotto controllo specifici  indicatori capaci di segnalare precocemente eventuali anomalie, in modo da consentire interventi mirati (manutenzione preditiva).
Sono moltissimi i ponti che applicano da anni questi sistemi, in tanti paesi del mondo: in Giappone, in Cina, negli Stati uniti (ad esempio il ponte Vincent Thomas, a Los Angeles, il Golden Gate a San Francisco), in Europa (il Great Belt East in Danimarca, il Skarnsundet Cable-Staed Bridge in Norvegia, il secondo ponte sul Bosforo in Turchia, e tanti altri).

In Italia Autostrade per l’Italia solo recentemente avrebbe iniziato una sperimentazione su alcuni ponti (sistema di Smart Monitoring). I viadotti equipaggiati con questi sensori sarebbero soltanto sei e purtroppo tra questi non vi era il ponte Morandi di Genova.

Eppure molte di queste tecnologie di monitoraggio sono disponibili e utilizzati da moltissimo tempo. In alcuni Paesi, come il Giappone e la Cina, l’utilizzo di questi sistemi è obbligatorio per legge in tutti i ponti a campata lunga.
Figura 1.7 - Il sistema di monitoraggio dei ponti in Giappone
Il “Bridge Monitoring System” (BMS) adottato dal giappone (slide tratta dalla presentazione del Digital Government in Japan). Basato su una rete di sensori e su tecniche di Intelligenza artificiale, il BMS è in grado di rilevare la tensione subita dalle varie parti della struttura ed è in grado di effettuare valutazioni sulle complessive condizioni di salute strutturali  dei ponti. 

I moderni sistemi di monitoraggio consentono quindi di disporre di informazioni di primaria importanza sullo stato di salute dell’infrastruttura, dando un quadro in tempo reale delle deformazioni, delle inclinazioni, delle dilatazioni termiche, degli spostamenti, ecc.

Tutti i dati sono raccolti ed elaborati nel Cloud, termine inglese che significa nuvola e che indica l'insieme delle risorse informatiche centralizzate connesse ad Internet oggi a disposizione di tutti, grazie alla rete e all'alta banda.

Nel cloud viene creato un modello digitale dell’infrastruttura e tutti i dati disponibili sono incrociati ed analizzati con tecniche di intelligenza artificiale, per dirci cosa fare per rendere le cose più utili e sicure. In molti casi gli oggetti possono migliorarsi o aggiustarsi da soli, grazie ad opportuni attuatori o a tecnologie robotiche.
Il ponte più lungo del mondo
Figura 1.8 - Il ponte più lungo del mondo
Il ponte più lungo del mondo si trova proprio in Giappone. E’ il “ponte dello stretto di Akashi", lungo quasi 4 km (il ponte Morandi di Genova era lungo poco più di 1 Km), con una campata principale centrale di quasi 2 Km.  Il ponte è monitorato in tempo reale fin dalla sua inaugurazione, avvenuta esattamente 20 anni fa, nel 1998, con l’utilizzo di varie tipologie di sensori (sismometri, accellerometri, anemometri, GPS, e molti altri).

1.6 - Invecchiamento e sostenibilità delle infrastrutture
Siamo una società che invecchia. Di solito con questa frase si fa riferimento alla popolazione che diventa più anziana, e sarà ancora più anziana nei prossimi anni.

Ma non sono solo gli esseri umani ad invecchiare. Prendiamo ad esempio le infrastrutture stradali, con i loro ponti e le loro gallerie. Hanno avuto una grande espansione a partire dal dopoguerra, accompagnando il boom dell’automobile di massa.

Per capire bene, dobbiamo vedere alcuni dati. Pensate che nel 1950 in Italia circolavano 342.000 automobili. Dopo solo 6 anni, nel 1956, sono diventate un milione e dopo 20 anni, nel 1970, erano 10 milioni. Il numero è continuato ad aumentare, quasi raddoppiando ogni 10 anni.
Figura 1.9 - Numero di automobile per 1000 abitanti nell’Unione EuropeaNon considerando il piccolo Lussemburgo, l’Italia è il paese con il maggior numero di automobili ogni 1000 abitanti, 625 contro una media europea di 505. (dati Eurostat). Più di 6 auto ogni 10 abitanti (inclusi bambini e neonati) è una bella cifra. Forse dovremmo ragionare su come potenziare il trasporto pubblico.

Siamo arrivati a più di 6 auto ogni 10 abitanti (inclusi bambini e neonati), con una tendenza che continua ad essere in aumento.

L’avvio della motorizzazione di massa ha reso necessari massicci investimenti in infrastrutture stradali, inclusi ponti e gallerie, realizzati principalmente nei primi decenni del dopoguerra.

L’ordine di grandezza di queste infrastrutture? Circa un milione di km di strade (comunali, provinciali, statali e quasi 10.000 km di autostrade), 25.000 km di rete ferroviaria, oltre 150 porti e 100 aeroporti.

L’invecchiamento delle infrastrutture determina costi crescenti per le verifiche, le manutenzioni e, quando necessario, per il rifacimento dell’opera, a livelli difficilmente sostenibili.

Invecchiamento e insostenibilità della corretta manutenzione sono anche un problema serio per altre tipologie di infrastrutture pubbliche, come ad esempio le dighe, le centrali elettriche, le scuole, gli ospedali.

Se non riusciamo a rendere disponibili le risorse necessarie per gestire in modo efficace e completo le infrastrutture, la conseguenza è un costante aumento dei rischi, e quindi degli incidenti e dei morti.

La direttiva 2008/96/CE del Parlamento europeo ricorda che, a fronte di notevoli progressi per la sicurezza dei veicoli, “la gestione della sicurezza delle infrastrutture stradali offre un ampio margine di miglioramento, che deve essere sfruttato”.

 Invita quindi a rafforzare “Il livello di sicurezza delle strade esistenti, concentrando gli investimenti sui tratti che presentano la concentrazione più elevata di incidenti e/o il maggiore potenziale di riduzione degli incidenti. Gli automobilisti dovrebbero essere avvertiti dei tratti stradali ad elevata concentrazione di incidenti, in modo che possano adeguare il loro comportamento e rispettare con più attenzione il codice stradale, in particolare i limiti di velocità

A seguito di queste valutazioni, il Parlamento europeo “richiede l’istituzione e l’attuazione di procedure relative alle valutazioni d’impatto sulla sicurezza stradale, ai controlli sulla sicurezza stradale, alla gestione della sicurezza della rete stradale ed alle ispezioni di sicurezza da parte degli Stati membri”.

1.7 - Un sistema di infrastrutture Intelligenti

Garantire l’efficace manutenzione ed elevati livelli di sicurezza delle infrastrutture esistenti è sempre più complicato ma sempre più necessario.

Figura 1.10 - Il ponte Tsing Ma ad Hong Kong
Poco più lungo del ponte Morandi di Genova (1337 m), aperto al traffico nel 1997, dispone di uno dei più completi sistemi di monitoraggio in tempo reale, chiamato “Wind and Structural Health Monitoring System” (WASHMS). Il sistema è formato da oltre 800 sensori di diverse tipologie, installate in modo permanente in ogni parte del ponte. Vi sono sensori di posizione (Global Position System - GPS), accellerometri, estensimetri, e numerosi altri tipi.
Utilizzando al meglio le nuove tecnologie possiamo però modificare radicalmente questa situazione, rendendo le infrastrutture più utili, sostenibili e sicure, attraverso la loro una progressiva trasformazione in sistemi intelligenti, di tipo cyberfisico.

Un sistema fisico diventa cyberfisico (Cyber Physical System o CPS) quando, grazie a sensori di vario tipo, viene creato nel cloud un gemello digitale del sistema fisico (digital twin), che lo descrive tramite un modello matematico dinamico e ne registra in tempo reale il comportamento, fornendo previsioni sull’andamento futuro, inclusa l’insorgenza di possibili rischi.
Grazie alle moderne tecniche di “machine learning” il modello apprende dalle esperienze precedenti e da tutte le esperienze di sistemi simili, e quindi con il tempo migliorerà la sua capacità di prevedere le esigenze effettive del sistema fisico.


Figura 1.11 - Il Bridge Structural Health Monitoring (BSHM) sul ponte di  Barddhaman, in India.Sei tipologie di sensori sono stati installati sul pilone centrale e sui cavi più estremi per monitorare le forze che insistono su questi elementi critici, che devono sopportare il massimo dello sforzo. Solo il 10% del totale dei cavi ha bisogno di essere dotato di sensori di monitoraggio.

I sistemi Cyberfisici sono resi possibili ed efficaci grazie alla convergenza di numerosissime tecnologie già in gran parte ampiamente utilizzate singolarmente, che se usate insieme aumentano in modo esponenziale la loro potenza. Non a caso si parla di iperconvergenza, per indicare la creazione di piattaforme capaci di integrare in modo standardizzato tutte le nuove tecnologie esistenti e in prospettiva di integrare semplicemente le nuove che via via si aggiungeranno.

Le principali tecnologie di cui parliamo sono il cloud computing, il web semantico, la big data analysis, l’intelligenza artificiale ed il machine learning, la robotica, le nanotecnologie, la realtà virtuale ed aumentata, l’internet delle cose, la connettività wireless a banda ultra larga, e tante altre.

Queste tecnologie ci consentono di creare una ”immagine virtuale” degli oggetti del mondo reale. Nel mondo virtuale gli oggetti sono connessi fra di loro, possono raccogliere, elaborare e scambiarsi informazioni, cooperare e quando necessario interagire con gli oggetti del mondo reale.

Provate ora ad immaginare un ponte cyberfisico, che quindi ha a disposizione un’intelligenza decentrata e distribuita. Il ponte sarebbe in grado di valutare le situazioni e prendere decisioni autonomamente. Rilevare un pericolo grave e bloccare il traffico immediatamente, agendo su un semplice semaforo. Oppure, se registra un carico eccessivo, limitare il traffico. Richiedere quando necessario interventi urgenti di manutenzione immediata.

Il ponte potrebbe essere dotato di componenti regolabili, gestibili dal sistema cyberfisico che sarebbe in grado di distribuire meglio le tensioni e gli sforzi. Il ponte stesso ci comunicherebbe le sue specifiche esigenze di manutenzione e le tempistiche più opportuno per realizzarla.
Figura 1.12 - Schema dei sensori installati sul Caijia Jialing River Bridge in Cina. I numeri tra parentesi indicano il numero di sensori per ciascuna tipologia. Le principali tipologie sono:
(1) i sensori di stress, che misurano anche la temperatura della struttura
(2) i sensori di accellerazione
(3) gli indicatori di livello statico (static level gauge)
(4) i sensori GNNS (Sistema Satellitare Globale di Navigazione)
(5) i misuratori di spostamento (displacement meter)
(6) il clinometro (tiltmeter)
(7) i sensori di temperatura e umidità
(8) il pluviometro
(9) i rilevatori del vento e dei suoi effetti (dogvane, anemoscopio)
(10) il misuratore di ancoraggio disposto lungo il cavo
1.8 - Il contributo del crowdsourcing
Figura 1.13 - Carlo Ratti
Ingegnere civile,
esperto in applicazioni Hi-Tech,
si occupa di divulgazione
 tecnologica dal 1981
L’ingegner Carlo Ratti (nella foto), ci racconta di una ricerca alla quale ha partecipato, iniziata con un test sull'Harvard Bridge (con due iPhone).
La ricerca ha dimostrato che anche l'approccio "big data" e "crowdsourcing" (utilizzo di opportune applicazioni installate sugli smartphone degli utenti dotati di accelerometri) consente di avere informazioni utili e continue a bassissimo costo. Infatti grazie agli accelerometri degli smartphone si possono raccogliere informazioni capaci di indicare situazioni anomale e di segnalarle, lanciando se necessario un'allerta immediata.

L’ingegner Ratti disegna uno scenario molto suggestivo: "Con una rete di smartphone il costo del monitoraggio dei ponti è quasi gratis. Certo è come misurarsi la pressione dal medico, poi se si riscontrano anomalie occorre seguire un monitoraggio più preciso e approfondito. Ma intanto c'è un flusso di dati rilevanti e continui.  Ora stiamo studiando di applicare il tutto al Golden Gate di San Francisco".

"La nostra ipotesi è che se domani Uber o Waze o Lyft dovessero inserire un sistema simile nella loro app improvvisamente in poche settimane avremmo una scansione completa dei ponti. Ma anche delle buche e lo stato dell’asfalto”.

La ricerca dimostra come usando gli accelerometri presenti nei telefoni cellulari più evoluti e ormai diffusissimi, gli smartphone, si possano misurare le vibrazioni dei ponti, e da queste capire il loro stato di "salute strutturale”.

Gli smartphone infatti sono dotati di tre accelerometri, ovvero sistemi micro elettro meccanici, in grado di misurare lo spostamento del telefonino sui tre assi, altezza, lunghezza e profondità, e di registrare una serie di altri dati più o meno importanti.

1.9 - Structural Health Monitoring 2.0
Fortunatamente negli ultimi anni le tecnologie dei sistemi SHM si sono evolute notevolmente, con importanti miglioramenti nella qualità e quantità di dati che possono essere raccolti, nelle tecniche di elaborazione e con forti riduzioni dei costi, dei tempi e della complessità di installazione dei sensori.

Figura 1.14 - Eliz-Mari Lourens
Ingegnere civile, Professore presso 
la Delft University of Technology
 (Paesi Bassi)
Questa nuova generazione di sistemi di monitoraggio (che alcuni hanno chiamato Structural Health Monitoring 2.0 o SHM 2.0) è stata utilizzata con successo con varie infrastrutture.

Eliz-Mari Lourens (nella foto), dell’Università di Delft, nei Paesi Bassi, fa parte di un team di progetto che dal 2016 sperimenta queste tecnologie sui ponti.

L'obiettivo è quello di dimostrare l’efficacia di un sistema di sensori di nuova generazione e a basso costo nell’acquisire dati sufficienti per valutare la salute e sicurezza dei ponti.



1.10 - Valutare e controllare i rischi

La gran parte dei ponti esistenti in Italia e in Europa è stata costruita nel dopoguerra, tra il 1950 e il 1970, con tecnologie basate sul cemento armato, ed una vita media prevista non superiore ai 50 anni.


Figura 1.15 - Diego Zoppi e Antonio Occhiuzzi
Diego Zoppi è membro del Consiglio Nazionale 
degli Architetti. Antonio Occhiuzzi è direttore 
dell’Istituto per le Tecnologie della 
Costruzione (ICT) del CNR
Diego Zoppi (a sinistra nella foto), membro del Consiglio nazionale degli Architetti, ci spiega che in quegli anni "non si metteva in conto che il cemento armato si degrada".

E Antonio Occhiuzzi (a destra nella foto), direttore dell’Istituto per le Tecnologie della Costruzione (ICT) del CNR, ci fa notare che "ormai la sequenza di crolli sta assumendo un carattere di preoccupante regolarità perché decine di migliaia di ponti italiani hanno superato la durata di vita per la quale sono stati progettata, il Ponte Morandi è un caso di scuola: non c'è niente di eterno".

I dati del CNR ci dicono che in Italia abbiamo più di 60.000 ponti di importanti dimensioni, e più della metà di questi dovrebbero essere monitorati per controllarne i rischi, in particolare quelli realizzati in cemento armato, che hanno superato la vita media prevista o che presentano segni importanti di degrado.

Alcuni ponti a rischio in Italia
Figura 1.16 - Alcuni ponti a rischio in Italia
Fonte: Quotidiano.net - CNR
Sempre secondo il CNR vi sono almeno 10.000 ponti in queste condizioni, che andrebbero controllati con estrema urgenza.

Il problema è reso più complesso dal fatto che molti di questi ponti sono situati in nodi chiavi della rete di trasporto nazionale, e sono soggetti a volumi di traffico di molto superiori a quelli previsti in fase di progettazione.

1.11 - Un piano nazionale di monitoraggio e manutenzione delle infrastrutture
Il quadro che emerge non è affatto rassicurante. 
I rischi sembrano davvero alti e crescenti e consigliano azioni correttive immediate. 
Il governo dovrebbe predisporre ed attuare in tempi rapidissimi un piano nazionale straordinario per il monitoraggio e la messa in sicurezza delle infrastrutture stradali, a cominciare dai ponti, meglio se nel contesto di un intervento tecnico e finanziario a livello comunitario, visto che parliamo di una problematica comune a buona parte se non a tutti i paesi europei.
Il piano dovrebbe prevedere l’applicazione diffusa e in casi rilevanti obbligatoria di sistemi di “Structural health monitoring” (SHM), per ottenere importanti informazioni sulla salute strutturale dei ponti, consentendoci di indirizzare le manutenzioni o i rifacimenti verso le situazioni di rischio effettivo, intervenendo in modo mirato dove e quando effettivamente necessario, gestendo così le risorse disponibili nel modo più efficace possibile. 
Inoltre è di estrema importanza istituire un organismo tecnico nazionale, formato da professionisti qualificati, dotati di autonoma responsabilità e autorità decisionale, a cui attribuire i poteri necessari ad attuare ogni iniziativa utile a garantire la sicurezza dei cittadini, inclusa la limitazione del traffico veicolare o l’immediata chiusura dei ponti.
Facciamo in fretta, agiamo in modo intelligente e riusciremo ad evitare tante nuove tragedie annunciate.

(Costruiamo la società intelligente - continua -->  parte 2

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