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IoT per il monitoraggio di strutture storiche

Il monitoraggio avviene in remoto, per mezzo di un sistema combinato di sensori installati nel tessuto delle strutture da valutare, di gateway che trasmettono wireless - tramite connessioni 3G, Sigfox, Lo.Ra o Wi-Fi - i dati raccolti e di un software cloud che riceve i dati e li analizza

Come è possibile, grazie alle tecnologie, proteggere edifici e monumenti storici, elementi chiave della nostra identità? Il patrimonio culturale e storico di una città si riflette nell’importanza dei suoi edifici storici. In effetti, monumenti ed edifici iconici possono definire una città o persino un Paese. Basti pensare alla Torre Eiffel a Parigi, al Colosseo a Roma, al Cremlino a Mosca o alla Statua della Libertà di New York. Alcuni monumenti in realtà trascendono qualsiasi città e diventano emblematici di un’intera nazione, come le piramidi di Giza o la Grande Muraglia cinese.

E sicuramente non va sottovalutato l’aspetto economico: questi monumenti attirano infatti centinaia migliaia di visitatori e il loro valore per le economie sia locali sia nazionali non può essere ignorato. È di vitale importanza, pertanto, garantire che questi monumenti siano conservati nelle migliori condizioni possibili; il punto è, come?

L’Internet of things come strumento di salvaguardia

L’Internet of things (IoT) offre nuove opportunità per farlo in modo più efficace. Alcune di queste strutture, come il Colosseo o le Grandi Piramidi, sono in piedi da migliaia di anni, portandoci a credere che siano quasi indistruttibili. Sfortunatamente, non è così. I cambiamenti nell’inquinamento atmosferico – ad esempio – possono avere un effetto drammatico nel lungo termine su tali edifici, così come i cambiamenti climatici tipo un aumento delle precipitazioni o temperature più elevate. L’uso di sensori per monitorare questi fattori può fornire un quadro dettagliato dell’ambiente in cui si trova la struttura e quindi identificare i problemi prima che possano causare danni. Stiamo parlando dell’impatto sulle strutture esterne. Cosa succede all’interno?

Il fatto che l’ambiente circostante sia cambiato rispetto al momento della costruzione di questi edifici, può causare infatti seri problemi. L’evolversi dell’urbanizzazione porta ad esempio a scavi intorno alla struttura per costruire nuovi edifici, strade, metropolitane che potrebbero causare del cedimento; le vibrazioni dovute al vicino passaggio di mezzi pesanti o al traffico quotidiano potrebbero anch’esse a lungo andare causare problemi.

Sensori, come ad esempio gli inclinometri, possono identificarne uno qualsiasi, mentre gateway wireless possono inviare i dati raccolti a un software cloud di analisi, consentendo una veloce interpretazione e la conseguente azione prima del verificarsi di qualsiasi danno.

C’è però un altro fattore da considerare: i materiali di costruzione. Mentre i monumenti antichi sono generalmente costruiti in pietra, per le strutture più moderne (ad es. la Statua della Libertà o la Torre Eiffel) possono essere stati utilizzati altri materiali. Continuando con i due esempi citati, si tratta di strutture in metallo, sulle quali la corrosione potrebbe negativamente influire sulla stabilità.

Anche in questo caso le tecnologie IoT aiutano con sensori e gateway compatti, wireless, a bassa potenza e robusti, in grado di operare in situazioni sia interne che esterne; sono discreti e non invasivi, ideali per l’uso in ogni tipo di ambiente, l’importante è saperli combinare nel modo tecnologicamente corretto e ideale per non “rovinare” il panorama e fornire le prestazioni migliori in termini di racconta e trasmissione dati.

Come funziona il monitoraggio strutturale

Entriamo nel dettaglio di come funziona un sistema di monitoraggio strutturale IoT: ci siamo focalizzati sugli edifici storici, ma la stessa logica vale per tutte le strutture, passando dagli edifici più moderni, alle grandi strutture come ponti, dighe, gallerie.

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Oggi il monitoraggio generalmente avviene in remoto, per mezzo di un sistema combinato di sensori installati nel tessuto delle strutture da valutare, di gateway che trasmettono wireless – tramite connessioni 3G, Sigfox, Lo.Ra o Wi-Fi – i dati raccolti e di un software cloud che riceve i dati e li analizza.

Che tipo di dati si possono analizzare

I sensori, opportunamente scelti e installati, raccolgono dati sulle forze che agiscono sui potenziali punti di stress nelle strutture, rilevando informazioni come la rotazione, l’inclinazione strutturale e lo sviluppo di microfratture nei materiali da costruzione. Tutti questi fattori possono essere sintomi di imminente collasso, ecco perché è necessario analizzarli costantemente e velocemente.

Internet è il mezzo assolutamente più rapido per compiere questa funzione, anche perché il software di raccolta e analisi può essere reso fruibile su vari device di lavoro, non solo il comune pc, ma anche tablet, smartphone, rendendo così i dati accessibili ovunque e in qualsiasi momento si voglia di accedervi.

Il vantaggio dell’Iot è di concedere l’accesso ai dati provenienti anche da zone non più accessibili (si pensi, ad esempio, a quei sensori che vengono annegati nel cemento delle fondamenta oppure nelle pareti), ma fondamentali per comprendere cosa sta succedendo alla struttura in analisi, anche in fase di costruzione.

Un fattore certamente importante è l’immagazzinamento e la conservazione di questi dati, che vanno a costituire con l’andare del tempo una fonte preziosissima di dati storici: quando un ingegnere consulta gli strumenti specialistici di analisi strutturale, può osservare dati sia storici sia attuali il cui confronto permette di attuare scelte di manutenzione e di intervento ottimizzate, con un conseguente risparmio di tempo e di denaro.

Conclusioni

Mentre le catastrofi naturali non possono essere previste, il decadimento generale di una struttura può essere rilevato ed evitato; e se si sfruttano queste conoscenze, è chiaro che gli edifici e le strutture in cui quotidianamente viviamo e lavoriamo possono essere rese più resistenti alle vibrazioni e in generale più sicure. Lo scopo del monitoraggio della salute strutturale è proprio quello di offrire agli ingegneri la capacità di prevenire e prevedere i problemi strutturali prima che possano causare danni, con evidenti vantaggi economici e sociali.

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