Dottorato Industriale in Analisi e Controllo di Strutture e Opere d’arte Infrastrutturali
Il corso di Dottorato Industriale in Analisi e Controllo di Strutture e Opere d’arte Infrastrutturali intende formare una generazione di esperti in grado di coniugare conoscenze avanzate nell’ambito dell’ingegneria civile strutturale e geotecnica sulla valutazione e classificazione del rischio e sulla modellazione, verifica, controllo e monitoraggio delle strutture, con le possibilità offerte dalle tecniche di analisi e informatizzazione dei dati, di rilievo geometrico e fotogrammetrico e dell’intelligenza artificiale.
Il corso di dottorato è stato istituito nel 2022 (XXXVIII ciclo) su proposta di un Consorzio costituito da:
- Università di Pisa (UniPI), Dipartimento di Ingegneria Civile ed Industriale (sede amministrativa);
- Scuola Superiore Sant’Anna (SSSA), Classe di Scienze Sperimentali ed Applicate;
- Autostrada dei Fiori S.p.A. (Autofiori);
- Engineering S.p.A. (Eng).
Il Consorzio beneficerà anche dei contribuiti scientifici dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, con il quale è stata instaurata un’attiva collaborazione.
Il corso di dottorato ha una durata di tre anni. I dottorandi, che completino con successo il corso, riceveranno il titolo di Dottore di Ricerca rilasciato congiuntamente da Università di Pisa e Scuola Superiore Sant’Anna.
Lo scenario tecnologico
Le nuove tecnologie stanno progressivamente sostituendo gli strumenti di rilievo, indagine, controllo e monitoraggio delle strutture e delle opere d’arte infrastrutturali.
I sistemi di sensorizzazione innovativi includono diversi tipi di camere e di rilevatori morfologici, sia fissi sia mobili, integrati spesso con droni, veicoli autonomi e braccia robotizzate, per l’acquisizione di geometrie, di informazioni grafiche e l’analisi di superfici e difetti estesi in strutture. Diverse tecniche sono state progettate per la fusione di informazioni geometriche e grafiche quando raccolte da veicoli mobili in grado di navigare intorno alla struttura in maniera autonoma, semi-supervisionata o tramite modalità di pilotaggio remota.
L’applicazione delle tecniche di classificazione e stima evolute ai dati raccolti sul campo costituiscono supporto rilevante per la determinazione della tipologia e dell’entità dei fenomeni evolutivi nonché per la calibrazione ed aggiornamento di modelli meccanici e strutturali e per la stima dei livelli di sicurezza strutturali. Allo stato dell’arte, si stanno formando nuovi metodi di apprendimento numerico e visione artificiale basati su coorti di immagini con difetti annotati per consentire una localizzazione e classificazione semi-automatizzata dei fenomeni evolutivi di danneggiamento e degrado.
Ulteriori sviluppi sono sicuramente possibili grazie all’integrazione dei metodi di rilievo e monitoraggio utilizzanti i più moderni approcci per la sensorizzazione e analisi dati con modelli meccanici e analisi affidabilistiche che, utilizzando modelli previsionali dei fenomeni evolutivi, consentono la stima in tempo reale dei livelli di sicurezza della costruzione e quindi della sua vita utile.
Il quadro normativo
Le costruzioni esistenti rivestono un ruolo centrale nella ricerca e sviluppo dell’ingegneria strutturale e geotecnica, coinvolgendo problematiche tipiche della modellazione, della caratterizzazione sperimentale e del monitoraggio.
In ambito infrastrutturale, nel 2020, il Ministero delle Infrastrutture e Mobilità Sostenibili (MIMS) ha prodotto nuove linee guida per la “Classificazione e la gestione del rischio, la valutazione della sicurezza ed il monitoraggio dei ponti esistenti”. Le procedure ivi contenute definiscono un nuovo approccio per la gestione del patrimonio infrastrutturale di ponti e viadotti. Analoghe Linee Guida sono state approvate per le gallerie esistenti.
L’approccio proposto si basa sulla valutazione del livello di attenzione dell’opera, al fine di determinarne la necessità di valutazioni accurate, di monitoraggio o di interventi di adeguamento. Tali operazioni sono eseguite da tecnici qualificati utilizzando tecniche di rilievo, indagine, modellazione e analisi certamente consolidate se pur di tipo “tradizionale”, cosicché l’integrazione delle informazioni, la raccolta dei dati e le elaborazioni successive si esplicano in un processo necessario ma impegnativo in termini di risorse economiche, umane e temporali.
D’altro canto, l'applicazione della nuova struttura normativa sta promuovendo un rapido sviluppo tecnico e tecnologico con soluzioni sempre più efficaci ed accurate in risposta alle menzionate esigenze di conoscenza, controllo e monitoraggio e che fanno ricorso alle più moderne tecnologie nell’ambito della sensoristica, del rilievo strumentale, dell’informatizzazione e dell’intelligenza artificiale.
L’utilizzo di AI, ad esempio. riveste oggi particolare interesse nell’estrapolazione di informazioni rilevanti dai dati riguardanti l’evoluzione nel tempo dei difetti delle infrastrutture e nella caratterizzazione dei relativi effetti sulla sicurezza. L’utilizzo della Robotica e dei metodi di Automazione, d’altro canto, rivestono interesse nella raccolta dati mediante operazioni di cattura autonome e/o semiautonome e operazioni di integrazione delle informazioni raccolte da fonti eterogenee e/o mobili.