MONITORAGGIO STRUTTURALE E PESATURA DINAMICA INTEGRATI
Sviluppato da iWIM in collaborazione con l’Università degli Studi di Brescia, Grifone introduce un nuovo approccio integrato al monitoraggio infrastrutture attraverso l’uso dell’innovativa tecnologia in fibra ottica e l’integrazione con la pesatura dinamica.
ABSTRACT
Grifone è il nuovo sistema integrato sviluppato da iWIM per il monitoraggio delle infrastrutture: unisce in un’unica piattaforma la pesatura dinamica dei veicoli e il monitoraggio strutturale continuo grazie alla sensoristica in fibra ottica. Il sistema fornisce dati in tempo reale sulla risposta strutturale delle opere e sui carichi veicolari, abilitando una manutenzione predittiva basata su indicatori oggettivi. Tra le caratteristiche principali si segnalano l’intervento minimamente invasivo, la possibilità di analisi storiche, la generazione di allarmi automatici e l’interoperabilità con ambienti BIM e Digital Twin.
Viene presentato il caso studio effettuato su un ponte della Tangenziale Sud di Brescia, realizzato in cooperazione con il DICATAM (Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura, Territorio, Ambiente e di Matematica) dell’Università degli Studi di Brescia.
LA sicurezza e l'efficienza delle infrastrutture
La sicurezza e l’efficienza delle infrastrutture viarie rappresentano una priorità strategica per gestori, progettisti e imprese di costruzione. Le recenti direttive europee e l’attenzione crescente al tema della manutenzione predittiva stanno accelerando l’evoluzione verso sistemi intelligenti di monitoraggio, capaci di rilevare in tempo reale lo stato di salute delle opere e le sollecitazioni a cui sono sottoposte. Tuttavia, le soluzioni attualmente in uso presentano ancora forti limitazioni, in particolare nella capacità di integrare informazioni strutturali con dati dinamici sul traffico veicolare. Inoltre, il monitoraggio infrastrutture è spesso discontinuo e l’accesso ai dati laborioso e dispendioso in termini di tempo.
In questo scenario nasce Grifone, un sistema innovativo sviluppato da iWIM in collaborazione con il Dipartimento DICATAM dell’Università di Brescia, che per la prima volta combina in un’unica infrastruttura sensoristica la pesatura dinamica (WIM) e il monitoraggio strutturale distribuito (SHM), utilizzando una tecnologia in fibra ottica altamente performante. Se da un lato il sistema SHM consente di rilevare in tempo reale eventuali anomalie o degradi strutturali, il WIM permette di stimare i carichi effettivi applicati al ponte. L’integrazione dei due sistemi, con particolare riferimento alla sincronizzazione tra i due, per cui all’effetto strutturale misurato in ogni istante è sempre legato ad una somma di carichi (assi) nota in valore e posizione sul ponte, offre una visione completa del comportamento della struttura in condizioni di esercizio reali, migliorando la capacità di prevenire danni, pianificare interventi di manutenzione e ottimizzare la gestione e manutenzione delle infrastrutture nel lungo termine.
iWIM vanta un’esperienza di oltre 15 anni nel campo della pesatura dinamica grazie al sistema Bisonte, già ampiamente utilizzato e riconosciuto nel settore. Proprio lo sviluppo e il perfezionamento del Bisonte hanno permesso all’azienda di maturare un solido know-how nella sensoristica in fibra ottica, tecnologia che costituisce la base sia di Bisonte che del nuovo sistema Grifone.
L’Università degli Studi di Brescia è attiva da oltre un decennio nella ricerca, sia di base che applicata, nel campo della sicurezza dei ponti. Le attività si sono concretizzate attraverso numerosi accordi di collaborazione, contratti di ricerca e consulenze specialistiche con enti pubblici. I principali ambiti di intervento comprendono: l’ispezione e la definizione delle priorità di intervento, l’analisi di strutture e componenti critici (come le selle Gerber e le travi in c.a.p. soggette a taglio), nonché lo sviluppo di tecniche di rinforzo, in particolare mediante l’utilizzo di materiali fibrorinforzati ad alte e altissime prestazioni strutturali (HPFRCC e UHPFRC).
UNIBS e iWIM hanno agito in sinergia: mentre la prima si è occupata della fase concettuale, la seconda ha provveduto all’implementazione, lo sviluppo software e l’installazione della sensoristica.
Grifone: una nuova architettura per la sicurezza infrastrutturale
Grifone è un sistema modulare composto da una rete di sensori in fibra ottica, unità di acquisizione, dispositivi di comunicazione e una piattaforma software centralizzata. Il cuore dell’architettura risiede nella capacità di rilevare simultaneamente i dati di carico veicolare e la risposta strutturale dell’opera, consentendo un’analisi combinata delle due componenti.
Il sistema si integra direttamente nelle infrastrutture esistenti con interventi minimamente invasivi. I sensori ottici vengono applicati agli elementi strutturali (solette, pile, travi), e sono in grado di misurare in continuo parametri come deformazioni, vibrazioni, inclinazioni, temperatura e carichi dinamici. Il flusso di dati viene poi gestito da un’interfaccia software che consente la visualizzazione e l’analisi sia storica che in tempo reale.
Questa capacità di offrire un quadro sinottico e aggiornato del comportamento meccanico e del carico indotto costituisce un’evoluzione rispetto ai sistemi disgiunti attualmente utilizzati. Non si tratta solo di raccogliere dati, ma di trasformarli in conoscenza operativa utile per la gestione, la pianificazione e la manutenzione delle infrastrutture.
Grifone si rivolge a un ampio spettro di applicazioni: la sua versatilità e scalabilità lo rendono adatto sia a nuove costruzioni sia a retrofit di infrastrutture esistenti.
I vantaggi dell'integrazione tra pesatura dinamica e monitoraggio infrastrutture
L’integrazione tra i dati provenienti dalla pesatura dinamica e quelli relativi al comportamento strutturale rappresenta un salto di qualità rispetto ai sistemi tradizionali.
Questa combinazione permette di correlare le sollecitazioni effettive indotte dal traffico veicolare con la risposta dell’infrastruttura, generando indicatori avanzati di rischio e degrado. Ad esempio, il sistema può rilevare in tempo reale il passaggio di un veicolo in sovraccarico e valutarne l’impatto immediato sulla struttura, attivando allarmi o suggerendo ispezioni mirate.
La presenza di dati integrati consente anche una più precisa calibrazione dei modelli numerici utilizzati per l’analisi strutturale, migliorando l’attendibilità delle simulazioni e l’efficacia delle strategie di mitigazione. La possibilità di effettuare analisi storiche incrociate tra traffico pesante e danno strutturale apre inoltre la strada a nuove logiche di responsabilità e gestione condivisa tra gestori e utenti della rete.
L’integrazione porta numerosi benefici operativi, fra i quali:
- controllo intelligente e puntuale dello stato delle infrastrutture: grazie all’integrazione tra pesatura dinamica e monitoraggio strutturale, Grifone fornisce una fotografia precisa e aggiornata della salute delle opere, migliorando l’affidabilità delle analisi e aumentando il valore dei dati raccolti;
- ottimizzazione degli investimenti in manutenzione: le informazioni generate consentono di pianificare in modo mirato e proattivo gli interventi, evitando costosi interventi d’emergenza e concentrando le risorse dove realmente servono;
- riduzione significativa dei costi operativi ricorrenti: con la sorveglianza continua e automatizzata, si riduce drasticamente la necessità di ispezioni manuali standardizzate, abbattendo tempi e costi di gestione ordinaria.
- decisioni rapide, basate su indicatori chiave sintetici: il sistema è in grado di generare indicatori di rischio facilmente leggibili, che aiutano enti gestori e imprese a intervenire con tempestività e precisione, aumentando la sicurezza e la resilienza dell’infrastruttura;
- controllo remoto in tempo reale e interfaccia intuitiva: una dashboard web intuitiva consente di visualizzare in diretta i transiti veicolari e la risposta strutturale dell’opera.
Grifone supporta in questo modo la transizione da una manutenzione reattiva a una manutenzione predittiva basata su dati reali.
Il cuore tecnologico: la sensoristica in fibra ottica
La tecnologia in fibra ottica impiegata da Grifone è progettata per garantire affidabilità, durabilità e precisione nel tempo, anche in condizioni ambientali estreme. I sensori utilizzati sono completamente passivi, immuni ai disturbi elettromagnetici e non richiedono alimentazione elettrica locale, riducendo drasticamente i costi di manutenzione.
Nel contesto della pesatura dinamica, la fibra ottica consente una rilevazione estremamente accurata della massa veicolare, anche ad alte velocità, con un livello di accuratezza e stabilità nel tempo superiore rispetto ai sensori tradizionali. L’assenza di componenti elettronici attivi nelle zone di passaggio garantisce affidabilità anche in ambienti soggetti a vibrazioni, pioggia, gelo o alte temperature.
Per quanto riguarda il monitoraggio strutturale, i sensori in fibra ottica permettono una distribuzione continua lungo l’opera (monitoraggio distribuito), offrendo una mappatura completa del comportamento della struttura e facilitando l’individuazione di anomalie localizzate. È possibile configurare la rete sensoristica in funzione delle criticità rilevate o delle prescrizioni progettuali, adattando la distribuzione dei sensori alle necessità dell’opera.
Grazie alla robustezza intrinseca della tecnologia, Grifone è progettato per una vita operativa estesa (oltre 20 anni) con esigenze di manutenzione ridotte. Questo aspetto è particolarmente rilevante per applicazioni in contesti critici come gallerie, viadotti o aree portuali ad alta intensità di traffico. Inoltre, il sistema può essere ampliato nel tempo, aggiungendo nuove funzionalità senza necessità di sostituire l’infrastruttura di base.
Piattaforma software e gestione integrata dei dati
Tutti i dati raccolti dai sensori sono acquisiti in tempo reale da una piattaforma software sviluppata ad hoc che risiede localmente presso la centralina di acquisizione. L’interfaccia del sistema è accessibile via web, con dashboard personalizzabili e strumenti di analisi che consentono in maniera semplice e intuitiva di:
- visualizzare in tempo reale i transiti veicolari e correlarli alla risposta strutturale;
- monitorare lo stato di salute della struttura attraverso la risposta dei sensori di monitoraggio;
- confrontare l’andamento dei parametri strutturale nel tempo, individuando pattern anomali e derive;
- generare report statistici automatici e configurare soglie critiche di allarme.
Il sistema Grifone può inoltre scambiare i dati con i principali sistemi informativi già in uso presso enti gestori e stazioni appaltanti secondo i protocolli standard e può essere integrata in ambienti BIM e Digital Twin, supportano i processi di digitalizzazione dell’infrastruttura. È inoltre prevista la possibilità di esportare i dati secondo standard interoperabili, facilitando l’interazione con software di modellazione e gestione del ciclo di vita.
Verso una manutenzione predittiva e sostenibile
Grifone si inserisce in un paradigma evoluto di gestione infrastrutturale, dove la raccolta continua e integrata di dati consente di anticipare i problemi e pianificare interventi mirati e tempestivi. Questo approccio permette non solo di aumentare la sicurezza, ma anche di ottimizzare le risorse economiche e ridurre l’impatto ambientale delle attività manutentive.
L’utilizzo della sensoristica in fibra ottica e l’integrazione dei dati consentono di superare il modello basato su controlli periodici a favore di una sorveglianza permanente, in cui ogni variazione significativa viene intercettata tempestivamente. Ciò si traduce in una maggiore resilienza dell’infrastruttura e in un aumento della fiducia da parte degli utenti e delle autorità competenti.
In un contesto in cui la digitalizzazione delle infrastrutture è una priorità strategica, Grifone è stato concepito per coniugare soluzioni tecnologiche innovative con obiettivi di sostenibilità ed efficienza nella gestione.
Il caso studio di Brescia
Il sistema iWIM Grifone è già stato implementato con successo in un primo caso studio in collaborazione con il DICATAM (Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura, Territorio, Ambiente e di Matematica) dell’Università degli Studi di Brescia.
Il ponte oggetto dello studio pilota, situato nella zona sud-est del comune di Brescia, si trova lungo un’importante arteria caratterizzata da un traffico giornaliero medio (TGM) molto elevato e da un consistente transito di veicoli commerciali di cui una importante porzione in condizione di eccezionalità per massa. Dopo un primo monitoraggio, avviato nel 2018 e coordinato da UNIBS con il finanziamento della Provincia di Brescia, il ponte è stato successivamente candidato e finanziato – grazie a fondi Next Generation EU e MUR – nel progetto promosso da MOST (Centro Nazionale per la Mobilità Sostenibile). In particolare, all’interno dello Spoke 7, il progetto si focalizza sulla ricerca in ambito di mobilità cooperativa connessa e automatizzata e infrastrutture intelligenti, coinvolgendo un vasto partenariato composto da università (tra cui UNIBS), enti di ricerca, gestori di infrastrutture e altri attori.
Il ponte permette alla strada provinciale SPBS11 (Tangenziale Sud), di oltrepassare una strada comunale (via delle Bettole). Le due vie di comunicazione si intersecano con un angolo di circa 46°. L’asse delle travi è parallelo alla direzione della Tangenziale Sud, mentre le spalle sono parallele alla sottostante via delle Bettole.
Non sono stati reperiti documenti progettuali dell’epoca di realizzazione. Non è quindi stato possibile risalire con certezza alla data di costruzione né ottenere dettagli progettuali. Si presume che il ponte risalga agli anni ’70, periodo di sviluppo della viabilità.
L’impalcato è costituito da 13 travi prefabbricate in c.a.p. con una luce di 24,60 m semplicemente appoggiate sulle spalle laterali mediante appoggi elastomerici. Sono inoltre presenti tre ripartitori trasversali in c.a. gettato in opera, uno a metà campata e due alle estremità. La soletta sovrastante è realizzata in c.a. gettato su coppelle prefabbricate (ad eccezione degli sbalzi), per uno spessore totale di 18 cm.
L’impalcato ospita un totale di quattro corsie stradali (due per senso di marcia) con relative banchine, suddivise in due carreggiate separate da una barriera centrale di tipo New Jersey.
Il ponte è stato scelto come caso studio poiché appartenente ad una tipologia molto diffusa in Provincia di Brescia. Dei circa 440 ponti ispezionati dall’Università di Brescia nel territorio provinciale, il 44% sono manufatti a travata in c.a. o c.a.p.. Inoltre, la Tangenziale Sud è stata selezionata in quanto rappresenta un tratto della rete viaria primaria della Provincia ed è una delle arterie con il più alto volume di traffico, tra cui risulta molto impattante la percentuale di veicoli pesanti, a causa della diffusa presenza di industrie nel territorio (in particolare industrie siderurgiche e cave). Si consideri che in un giorno tipico di febbraio 2025, le due pese hanno rilevato un totale di circa 35.800 veicoli, a cui si aggiungono i transiti sulle altre due corsie (marcia veloce), con una percentuale di mezzi commerciali oltre le 44 ton pari al 2.3% (ovvero 838 transiti).
Le ispezioni in situ hanno evidenziato diversi fenomeni di degrado, principalmente ascrivibili, oltre che all’età del manufatto, alla non adeguata progettazione del drenaggio delle acque meteoriche e all’assenza di interventi di manutenzione. Gli elementi maggiormente degradati sono le spalle e i cordoli (sbalzi della soletta), in cui si rilevano macchie di umidità, tracce di scolo, distacco di copriferro con armature esposte e corrose. Per quanto riguarda le travi, lo spessore ridotto del copriferro ha comportato l’esposizione dei bracci inferiori delle staffe all’intradosso delle travi.
Grazie ad una campagna diagnostica, sono state determinate le proprietà meccaniche dei materiali, oltre che la disposizione delle armature all’interno delle travi. È stata anche effettuata una caratterizzazione dinamica del manufatto, tramite l’istallazione temporanea di accelerometri. A tal proposito è stata utilizzata l’eccitazione ambientale. Dall’elaborazione dei risultati (metodo OMA), si è identificato un picco risonante principale ad una frequenza di 4.88 Hz.
Dettagli implementativi del caso studio
Nell’ambito del caso studio, il ponte è stato strumentato attraverso l’installazione del sistema iWIM Grifone, che include un avanzato sistema Weigh-In-Motion (WIM) integrato con sensori in grado di misurare direttamente la freccia, le deformazioni e le rotazioni del ponte. Tutti gli strumenti di monitoraggio strutturale utilizzati sono sensori in fibra ottica (Optical Fiber Sensors, OFS).
La tipologia e la posizione dei sensori è stata specificatamente studiata per determinare la risposta strutturale dell’intera opera. Nello specifico sono stati installati:
- 3 inclinometri biassiali, in prossimità del ripartitore di campata;
- 8 inclinometri monoassiali per determinare con esattezza le deformate delle travi maggiormente coinvolte dal transito dei veicoli pesanti (trave 2 e trave 12, oltre alla trave 6 per confronto);
- 3 estensimetri in grado di rilevare la deformazione flessionale delle travi, più 1 estensimetro per misurare eventuali lesioni legate a fenomeni taglianti;
- 1 sensore di abbassamento basato su tecnologia laser, in mezzeria della trave 2.
In prossimità del ponte sono collocate due pese dinamiche (WIM), entrambe posizionate sulle corsie lente: una in direzione Milano e una in direzione Verona. Le pese permettono di misurare il peso e l’interasse degli assi di un veicolo in transito, oltre alla velocità di percorrenza e l’eventuale accelerazione o decelerazione. Questo innovativo sistema di monitoraggio strutturale ha permesso di integrare e sincronizzare le letture strumentali, ovvero la risposta del ponte, con il passaggio di veicoli noti grazie alle misure dal WIM.
Risultati preliminari
L’opera è stata modellata con il software Midas Civil, in maniera da generare un modello ad elementi finiti raffinato e affidabile (digital twin), che possa dialogare con le misurazioni sperimentali. Le travi e i traversi sono stati rappresentati con elementi tipo “beam”, mentre la soletta è stata modellata con elementi “plate”. È stato infine realizzato un collegamento rigido tra beam e plate, così da ottenere una sezione collaborante. La geometria e le caratteristiche dei materiali sono coerenti con le informazioni reperite dalle ispezioni e dalla campagna diagnostica. La frequenza del modo con massa partecipata maggiore in direzione Z (forza di gravità) è del tutto analoga a quella derivante dalla caratterizzazione dinamica, a conferma la correttezza del modello ad elementi finiti.
A titolo di esempio, è stato analizzato il transito di un veicolo diretto verso Milano, con ponte pienamente in servizio. Le caratteristiche del trasporto sono state rilevate tramite il sistema WIM. Questo trasporto è stato selezionato specificamente per il suo elevato peso (pari a 101.4 t), in aggiunta poiché ha attraversato il ponte nelle prime ore del mattino, riducendo così la probabilità di concomitanza di altri veicoli sulle corsie di marcia veloce. Nel modello ad elementi finiti, il veicolo è stato simulato utilizzando il comando “moving load”.
Per brevità, si confrontano solamente i dati ottenuti dallo strumento laser (rif. H-T02): il massimo valore registrato è pari a 13.64 mm. La deformazione ottenuta dal programma ad elementi finiti è invece pari a 13.28 mm (valore di solo il 2.8% minore dello sperimentale).
Le preliminari analisi condotte hanno mostrato un’ottima correlazione tra dati sperimentali, ottenuti dal sistema di monitoraggio, e il modello ad elementi finiti.
Conclusioni
Il sistema Grifone rappresenta una proposta integrata per il monitoraggio infrastrutturale, con particolare riferimento alla combinazione tra pesatura dinamica e monitoraggio strutturale mediante tecnologia in fibra ottica. L’integrazione tra i due ambiti consente una raccolta dati sincrona e continuativa, utile a comprendere la relazione tra i carichi veicolari e la risposta strutturale dell’opera monitorata. La capacità di correlare le azioni del traffico con la risposta fisica delle opere infrastrutturali consente di trasformare la manutenzione da esercizio reattivo a processo predittivo, con ricadute dirette in termini di sicurezza, efficienza economica e sostenibilità ambientale.
Il caso studio presentato evidenzia la possibilità di modellare il comportamento strutturale dell’opera tramite l’integrazione dei dati sperimentali con simulazioni numeriche. I risultati preliminari ottenuti hanno mostrato una buona coerenza tra i dati acquisiti sul campo e le previsioni del modello, confermando l’efficacia dell’approccio integrato. La collaborazione tra il mondo della ricerca e l’impresa ha permesso di sviluppare e testare una soluzione che può essere estesa anche ad altri contesti infrastrutturali, con ampi benefici in termini di gestione e pianificazione della manutenzione.
AUTORI
Guido Farinacci, Luca Trainotti, Paolo Armani – iWIM s.r.l., Trento
Nico Di Stefano, Enrico Faccin, Stefano Giuseppe Mantelli, Ivan Beltracchi, Elisa Carleschi, Emanuele Gandelli, Luca Facconi, Adriano Reggia, Giovanni Plizzari, Fausto Minelli – DICATAM – Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura, Territorio, Ambiente e di Matematica – Università degli Studi di Brescia;
Pierpaola Archini, Stefano Vitalini e Luisa Zavanella – Settore delle Strade e dei Trasporti presso Provincia di Brescia;
NOTA: This work is part of the research activity developed by the authors within the framework of the “Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR): SPOKE 7 “Cooperative, Connected and Automated Mobility (CCAM), Connected Networks and Smart Infrastructure” – WorkPackage 4 (WP4), CUP: D83C22000690001.
Pubblicato da: Strade & Autostrade, CASA EDITRICE EDI-CEM SRL 5.2025 – leggi articolo
