Come identificare con precisione lo stato delle fessure nel calcestruzzo invecchiato di ponti, dighe, gallerie e altri edifici? E soprattutto, come la tecnologia e l’intelligenza artificiale possono facilitare il lavoro degli ingegneri sul campo? Queste sono le domande al centro della tesi di Master in ingegneria civile di Hugo Nick. Per svolgere la sua ricerca, il giovane ha collaborato con il Laboratorio di costruzione in calcestruzzo (IBETON), che fa parte della Facoltà di Ambiente naturale, architettonico e costruito (ENAC).
"È normale osservare fessure nelle strutture in cemento armato. Possono aprirsi o chiudersi a seconda dei diversi tipi di carico che agiscono sulla struttura", spiega Enrique Corres Sojo, assistente di dottorato all’IBETON che ha supervisionato il lavoro dell’ex studente. "La questione spinosa è se la crepa rappresenta un problema e se c’è un rischio associato". Attualmente le strutture ingegneristiche vengono osservate da un esperto che ne valuta le condizioni a occhio nudo e con semplici strumenti di misura come un piccolo righello. Ma un’ispezione di questo tipo può essere alquanto imprecisa. "È anche limitata perché non consente di accedere a punti difficilmente accessibili", aggiunge Hugo Nick. Per questo motivo sono stati sviluppati servizi di rilevamento automatico delle cricche, che ora sono in piena espansione.
L’ex studente dell’ENAC, che ora lavora per un’azienda di ingegneria civile del Vallese, ha studiato questi nuovi metodi di rilevamento automatico e ha analizzato i punti di forza e di debolezza di due diversi metodi di misurazione, tra cui uno nuovo sviluppato all’EPFL.
Riproduzione su piccola scala
Il primo strumento disponibile, chiamato correlazione digitale delle immagini, è una tecnica di misurazione già nota per il suo alto livello di accuratezza e può essere utilizzata principalmente in laboratorio. Il principio consiste nell’utilizzare un carico per creare artificialmente una fessura in una struttura in calcestruzzo riprodotta su piccola o grande scala. Il processo viene quindi fotografato in ogni fase, dal carico alla frattura. Gli scienziati utilizzano quindi un software con un algoritmo che analizza un’immagine di riferimento prima della crepa e un’altra in cui la deformazione è visibile. Identifica i punti di riferimento tra le due immagini per ottenere un campo di spostamento e poi un campo di deformazione. Questo strumento fornisce informazioni molto chiare sull’apertura della crepa.
Il secondo metodo di rilevamento automatico è ancora in fase sperimentale ed è stato sviluppato dal Laboratorio di Ingegneria Sismica (EESD). Chiamato "approccio del bordo", richiede solo una foto della crepa scattata sul posto. "Applichiamo un algoritmo di rilevamento che utilizza l’intelligenza artificiale. Si tratta di una rete neurale che è stata addestrata su migliaia di foto ed è in grado di prevedere il rilevamento della crepa. Questo nuovo metodo sta iniziando a essere utilizzato sul campo e presenta una serie di vantaggi", spiega l’ingegnere.
Foto da cellulare
Per documentare le capacità di questo nuovo strumento, Alumnus lo ha testato in laboratorio. In particolare, ha dovuto capire che tipo di fotocamera poteva utilizzare, il numero di pixel necessari per ottenere un’immagine di qualità e la distanza adeguata a cui scattare la foto per ottenerla. Ha concluso che l’algoritmo funziona correttamente quando l’apertura della crepa è rappresentata da almeno tre pixel. L’accuratezza delle misurazioni dipende quindi dalla dimensione dei pixel dell’immagine. "Ho calcolato che dovevo scattare la foto a 35 cm per misurare una crepa problematica di 0,3 millimetri". I suoi test confermano che questo nuovo approccio è promettente, perché è semplice da usare, può essere effettuato con un telefono cellulare e applicato in luoghi di difficile accesso, ad esempio tramite un drone. Ma l’algoritmo di rilevamento presenta ancora alcune imprecisioni, soprattutto per le aperture di crepe molto piccole. A questo proposito, il metodo di correlazione digitale delle immagini rimane il più accurato.L’automazione del rilevamento delle cricche ridurrà gli errori e le imprecisioni e renderà le ispezioni delle strutture ingegneristiche più affidabili e veloci.
Hugo Nick, ex studente di ingegneria civile dell’EPFL
Nei prossimi anni, questi nuovi strumenti saranno in grado di guidare gli esperti del settore per ottenere ulteriori informazioni sulle condizioni generali delle strutture in cemento armato. "L’automatizzazione del rilevamento delle fessure consentirà di limitare gli errori e le imprecisioni e di rendere le ispezioni delle strutture ingegneristiche più affidabili e veloci. Ma c’è ancora della ricerca da fare per sviluppare un metodo affidabile in grado di valutare la pericolosità di una fessura in loco", conclude Hugo Nick.
