Le dighe in terra destinate alla protezione dalle alluvioni vengono progettate e costruite con una vita utile prevista di diversi decenni, nell’arco della quale restano esposte ad azioni ambientali capaci di determinare rotture di tipo strutturale o idraulico. Un gruppo di lavoro composto da Marike Bornholdt, Martin Herbrand, Kay Smarsly e Gerhard Zehetmaier ha sviluppato un approccio che integra i concetti di digital twin con le strategie di structural health monitoring (SHM), denominato digital-twin-based SHM. L’obiettivo dichiarato è migliorare i flussi di lavoro di manutenzione e supportare la manutenzione predittiva di queste opere. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista CivilEng.
I limiti della manutenzione attuale
Nella prassi consolidata gli interventi su queste opere riguardano in essenza i danni esterni. I processi interni che concorrono al degrado strutturale restano in questo modo spesso non rilevati e diventano evidenti solo quando il danno è già manifestato a vista. Il monitoraggio della salute strutturale interviene esattamente su questo punto: consente di individuare i deficit strutturali prima che il danno diventi visibile. La manutenzione può così orientarsi verso un approccio predittivo, fondato sullo stato dell’opera, anziché sulla riparazione del danno già presente.
Il concetto di digital-twin-based SHM
Il nucleo della proposta è un concetto di digital twin che comprende un modello informativo dell’opera (building information model) conforme agli standard, implementato nella forma di un ambiente digitale, il digital twin environment. Il modello informativo costituisce il riferimento su cui, nelle fasi successive, i dati di misura vengono visualizzati e contestualizzati in rapporto alla configurazione fisica dell’opera.
Dal sensore al modello: il percorso dei dati
Per portare i dati di monitoraggio e dei sensori all’interno dell’ambiente digitale, la proposta prevede due componenti dedicate:
- una webform personalizzata, progettata per l’integrazione dei dati di monitoraggio e dei sensori nell’ambiente digital twin;
- un protocollo di comunicazione che collega all’ambiente digitale i dati dei sensori pre-elaborati e memorizzati su un server.
Grazie a questo collegamento, i dati di misura possono essere visualizzati e contestualizzati direttamente sul modello. Le grandezze acquisite vengono quindi riferite all’opera rappresentata nel gemello digitale, anziché restare disponibili come serie di valori slegati dal contesto fisico.
Conformità agli standard e strumenti software
L’ambiente digital twin viene configurato e gestito nel contesto dello SHM in conformità agli standard tecnici di riferimento e avvalendosi di strumenti software consolidati. La gestione dell’ambiente non è quindi separata dalle prassi documentali e di modellazione previste per l’opera, ma vi si inserisce secondo quanto descritto dagli autori.
Esiti dichiarati
Gli autori riportano che il digital-twin-based SHM proposto si è dimostrato in grado di far avanzare la manutenzione predittiva delle dighe, con un contributo alla resilienza delle infrastrutture critiche rispetto agli impatti ambientali. La valutazione è espressa in relazione all’impianto concettuale presentato e alla sua implementazione.
In sintesi, gli elementi documentati dalla proposta sono tre: un ambiente digital twin fondato su un modello informativo conforme agli standard, un canale di integrazione dei dati di monitoraggio basato su una webform dedicata e un protocollo di comunicazione tra server e ambiente digitale che abilita la visualizzazione e la contestualizzazione dei dati di misura sul modello. Su questa base, gli autori collocano l’approccio tra i supporti operativi per la manutenzione predittiva delle dighe in terra.
Riferimento: M. Bornholdt, M. Herbrand, K. Smarsly, G. Zehetmaier, “Digital-Twin-Based Structural Health Monitoring of Dikes”, CivilEng, vol. 6, art. 39, doi: 10.3390/civileng6030039.
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