Valutazione del degrado basata sulla risposta dinamica in siti storici complessi

I siti storici e urbani complessi, esposti a rischi multipli, richiedono approcci di monitoraggio capaci di rilevare sottili mutamenti strutturali prima che si manifestino danni visibili. L'Università di Salerno ha introdotto un framework basato sulla risposta dinamica che integra il monitoraggio strutturale continuo con BIM, GIS e Digital Twin geospaziali, a supporto di una gestione proattiva del rischio. Due applicazioni nell'Italia meridionale dimostrano l'efficacia di questo approccio: gli edifici sentinella nella caldera dei Campi Flegrei a Pozzuoli e la struttura di copertura dei Casti Amanti nel Parco Archeologico di Pompei.

I siti complessi, caratterizzati dall’interazione tra rischi naturali, fragilità strutturale e forti vincoli operativi, richiedono strategie di monitoraggio che supportino la gestione proattiva del rischio e la manutenzione preventiva [1], [3]. Gli approcci tradizionali, basati su ispezioni e verifiche statiche, risultano spesso inadeguati nel rilevare processi di degrado allo stadio iniziale e nel fornire un supporto decisionale tempestivo in contesti di pericolo in continua evoluzione [1], [2].

Il presente articolo propone un framework operativo per la valutazione del degrado e del danno in siti complessi, basato sull’analisi continua della risposta strutturale dinamica. La metodologia integra strategie di monitoraggio multi-livello e multi-scala, combinando misure sensoristiche con Building Information Modeling (BIM), Geographic Information Systems (GIS) e Digital Twin geospaziali, per trasformare i dati dinamici grezzi in indicatori operativi per la gestione del rischio [3], [4].

L’efficacia del framework è dimostrata attraverso due casi complementari. Il primo riguarda il Comune di Pozzuoli, situato nella caldera dei Campi Flegrei, dove sono state installate reti di monitoraggio accelerometrico su edifici sentinella rappresentativi, al fine di tracciare l’evoluzione dei parametri dinamici sotto l’azione di fenomeni sismici e bradisismici ricorrenti (il  graduale, o a lungo termine sollevamento o abbassamento della superficie terrestre) [5], [6]. Il secondo riguarda il Parco Archeologico di Pompei e si concentra sul monitoraggio statico e dinamico della copertura dei Casti Amanti, un’ampia struttura in acciaio con passerelle sospese progettata per garantire l’accesso in sicurezza all’interno di un sito fortemente vincolato.

In entrambi i contesti, le variazioni delle proprietà modali, delle accelerazioni di picco e di indicatori derivati sensibili al danno, come gli indici basati sulla rigidezza e i rapporti domanda-capacità, vengono utilizzate come proxy dei mutamenti nelle prestazioni strutturali e del degrado [1]. Gli output del monitoraggio sono stati integrati in ambienti BIM–GIS e Digital Twin geospaziali, consentendo la contestualizzazione spaziale, sistemi di allerta basati su soglie e valutazioni post-evento basate sull'evidenza [3], [4].

I risultati ottenuti a Pozzuoli dimostrano la capacità del monitoraggio basato sulla risposta dinamica di cogliere variazioni prestazionali associate agli effetti dello stress cumulativo e di supportare le decisioni operative, anche in assenza di scenari di danno critico. L’applicazione complementare a Pompei evidenzia la trasferibilità dello stesso paradigma a siti complessi caratterizzati da stringenti vincoli di sicurezza, accessibilità e conservazione.

Nel complesso, il framework proposto colma il divario tra il monitoraggio dello stato di salute strutturale (Structural Health Monitoring) e la gestione operativa del rischio, inserendo i dati della risposta dinamica all’interno dei gemelli digitali di siti complessi [3], [7]. La metodologia fornisce uno strumento scalabile e trasferibile per la gestione della sicurezza, del degrado e della vulnerabilità a lungo termine in ambienti edificati esposti a rischi persistenti ed emergenti.

Il problema

Il complesso ambiente costruito è sempre più influenzato da pericoli persistenti ed evolutivi che sfidano gli approcci tradizionali alla sicurezza strutturale e alla gestione delle risorse. In molti contesti, i processi di degrado si sviluppano gradualmente sotto l’effetto combinato di azioni ambientali, carichi ciclici, invecchiamento dei materiali e condizioni geologiche locali. Allo stesso tempo, danni improvvisi possono verificarsi durante eventi estremi come terremoti, tempeste di vento o deformazioni del suolo [1], [2]. In tali condizioni, i metodi basati su ispezioni e verifiche puramente statiche si rivelano spesso insufficienti per catturare i fenomeni di deterioramento allo stadio iniziale e per fornire un supporto tempestivo alle decisioni operative.

I recenti progressi nelle tecnologie di rilevamento, nei sistemi di acquisizione dati e nelle piattaforme digitali hanno permesso un cambio di paradigma verso strategie di monitoraggio continuo e guidato dai dati. In particolare, l'analisi della risposta dinamica strutturale è emersa come uno strumento sensibile e non invasivo per rilevare cambiamenti nella rigidezza, nella distribuzione delle masse e nelle condizioni di contorno, che sono comunemente associati a danni o degrado progressivo [1]. Le variazioni delle proprietà modali, come le frequenze naturali e le forme modali, possono fornire indicatori precoci del deterioramento delle prestazioni strutturali, spesso precedendo crepe visibili o problemi di funzionalità.

La necessità di tali approcci è particolarmente evidente in ambienti edificati complessi, caratterizzati da alta vulnerabilità e rischi da interazioni multipli.  In questa sede si considerano due contesti emblematici. Il primo è il Comune di Pozzuoli, situato all’interno della caldera dei Campi Flegrei, un’area vulcanica e sismotettonica attiva colpita da ricorrenti deformazioni del suolo bradisismiche e frequenti terremoti di bassa magnitudo [5], [6]. Il secondo contesto è il Parco Archeologico di Pompei, Sito Patrimonio Mondiale dell'UNESCO noto per lo straordinario valore culturale e la fragilità strutturale. Il sito è esposto a rischio vulcanico, attività sismica, instabilità idrogeologica e deterioramento indotto dal clima [8], [9]

All’interno di questo framework, l’integrazione dei sistemi di monitoraggio dinamico con le rappresentazioni digitali dell’ambiente costruito, come il Building Information Modeling (BIM), il Geographic Information Systems (GIS) e i Digital Twin, offre uno strumento operativo estremamente efficace [3], [4]. Queste tecnologie consentono la contestualizzazione spaziale dei dati di monitoraggio, l’implementazione di sistemi di allerta basati su soglie e lo sviluppo di strategie di manutenzione predittiva. Tuttavia, è ancora necessaria una metodologia operativa strutturata e trasferibile per trasformare le misure dinamiche grezze in informazioni operative per la gestione del rischio in siti complessi.

Stakeholder(s)

L'implementazione e l'operatività del framework di monitoraggio proposto coinvolgono una rete multi-istituzionale e multidisciplinare di stakeholder, ognuno dei quali contribuisce con competenze e responsabilità specifiche.

Nel Caso di Pozzuoli, Il principale stakeholder è il Comune di Pozzuoli, che promuove e governa l'iniziativa di monitoraggio nell'ambito di una strategia più ampia per la gestione del rischio sismico e bradisismico nell'area dei Campi Flegrei. Il laboratorio EDILTEST S.r.l. opera come referente tecnico responsabile della progettazione, installazione e gestione delle reti di monitoraggio accelerometrico, nonché dell'acquisizione, archiviazione e prima elaborazione dei dati. L'Università degli Studi di Salerno, attraverso il Dipartimento di Ingegneria Civile, fornisce la supervisione scientifica e il supporto metodologico.

Nel Caso di Pompei, Il principale stakeholder è il Parco Archeologico di Pompei, operante sotto l'egida del Ministero della Cultura. Il Parco è responsabile della conservazione, dell'accessibilità e della sicurezza del sito archeologico, nonché della gestione delle moderne strutture di protezione progettate per migliorare l'esperienza dei visitatori. L'Università di Salerno, in collaborazione con il Parco, guida le attività di ricerca applicata alle relative attività di monitoraggio statico e dinamico della copertura dei Casti Amanti.

ACCA software S.p.A. svolge un ruolo strategico come fornitore tecnologico per la piattaforma digitale a supporto dell'integrazione dei dati e dello sviluppo del Digital Twin. In particolare, ACCA è responsabile dell'implementazione e della personalizzazione dell'ambiente usBIM.geotwin, che consente l'integrazione dinamica di modelli BIM, dati geospaziali e informazioni di monitoraggio. Questa applicazione permette la visualizzazione, la gestione e l'analisi delle infrastrutture in contesti geografici reali.

Dewesoft ricopre un ruolo chiave come produttore e fornitore di dispositivi hardware all'avanguardia e di software avanzati per l'acquisizione e la gestione dei dati, essenziali per l'implementazione delle strategie di monitoraggio strumentale. La tecnologia Dewesoft, caratterizzata da elevata precisione, sensibilità e versatilità, rappresenta una componente abilitante fondamentale per l'esecuzione delle attività di monitoraggio, supportando una raccolta dati affidabile e analisi a breve e lungo termine per i processi decisionali.

Ulteriori stakeholder includono le autorità nazionali e locali di Protezione Civile, professionisti della conservazione del patrimonio, ingegneri strutturisti e fornitori di piattaforme digitali coinvolti nello sviluppo e nell'operatività degli ambienti BIM-GIS e dei Digital Twin geospaziali.

Problematica del cliente

Il problema centrale affrontato è la necessità di una metodologia affidabile e orientata all'operatività per valutare il degrado e il danno in siti complessi, dove gli approcci tradizionali basati su ispezioni e verifiche statiche sono insufficienti per cogliere l'evoluzione delle condizioni strutturali e supportare processi decisionali tempestivi [3], [7].

A Pozzuoli, il ricorrente fenomeno bradisismico e l'attività sismica associata generano stati di stress cumulativo negli edifici esistenti, portando a un deterioramento progressivo che potrebbe non essere immediatamente visibile. Il Comune necessita di uno strumento capace di tracciare l'evoluzione delle prestazioni strutturali quasi in tempo reale, identificando i segnali precoci di danno e supportando le valutazioni post-evento.

A Pompei, la sfida è duplice. Da un lato, i resti archeologici sono intrinsecamente fragili ed esposti a rischi multipli. Dall’altro, le moderne strutture di protezione e accessibilità, come la copertura dei Casti Amanti con le sue passerelle sospese, devono garantire la sicurezza degli utenti riducendo al minimo l’interferenza con il tessuto antico. In questo contesto, fare affidamento esclusivamente sulle verifiche in fase di progetto è inadeguato, poiché il reale comportamento in esercizio della struttura può discostarsi dalle previsioni teoriche.

Analisi

I processi di degrado e danno che colpiscono gli ambienti edificati complessi sono intrinsecamente multifattoriali e dipendenti dal tempo. In contesti sismici e vulcanici come l'area dei Campi Flegrei, le strutture sono soggette a ripetute sollecitazioni di intensità medio-bassa. Queste possono non produrre un cedimento immediato, ma sono in grado di alterare progressivamente la rigidezza, indurre microfessurazioni e indebolire i collegamenti strutturali.

Dal punto di vista della dinamica strutturale, questi processi si manifestano come variazioni misurabili delle caratteristiche dinamiche del sistema. Riduzioni delle frequenze naturali, variazioni delle forme modali e incrementi dello smorzamento sono comunemente associati al degrado della rigidezza, alla localizzazione del danno o a modifiche nelle condizioni di contorno [1].

A Pozzuoli, la sovrapposizione tra la deformazione del suolo bradsismico e le azioni sismiche transitorie complica ulteriormente l'analisi della risposta dinamica. A Pompei, le vibrazioni indotte dal vento, gli effetti termici e i carichi dei visitatori contribuiscono all'eccitazione operativa della copertura dei Casti Amanti, rendendo necessario distinguere tra variazioni prestazionali fisiologiche e modelli di risposta potenzialmente critici.

Soluzione

La soluzione proposta consiste in un framework operativo unificato per la valutazione del degrado e del danno in ambienti edificati complessi, basato sull’analisi continua della risposta dinamica strutturale. Il framework è concepito come un sistema multi-livello e multi-scala che integra il monitoraggio sensoristico con rappresentazioni digitali dell’ambiente costruito, consentendo la trasformazione di misurazioni grezze in indicatori operativi per la gestione del rischio, la pianificazione della manutenzione e la garanzia della sicurezza.

Il nucleo del framework si basa sull’assunto che le variazioni delle proprietà dinamiche, come le frequenze naturali, le forme modali, i rapporti di smorzamento e le accelerazioni di picco, costituiscano indicatori sensibili dei cambiamenti nella rigidezza strutturale, nelle condizioni di contorno e nelle prestazioni globali. Tali indicatori sono tracciati e interpretati continuamente all'interno di un ecosistema digitale che combina BIM, GIS e Digital Twin geospaziali.

Il framework operativo è strutturato in tre livelli interconnessi:

1. Screening del Sito e monitoraggio contestuale:

Fornisce una panoramica ampia e a bassa invasività delle condizioni del sito e dei punti critici di degrado. Include ispezioni visive periodiche, rilievi tramite droni e, dove disponibili, misure satellitari. A Pompei, questo livello è allineato con l'approccio di Valutazione Generale (GA), integrando ortofoto ad alta risoluzione e, in prospettiva, dati interferometrici SAR per identificare le aree che richiedono maggiore attenzione [8], [9].

2. Monitoraggio strutturale mirato:

A questo livello, strutture rappresentative o critiche vengono equipaggiate con sensori dinamici e statici per acquisire la risposta in esercizio in condizioni operative ed eccezionali. A Pozzuoli, ciò corrisponde al monitoraggio degli "edifici sentinella" attraverso reti accelerometriche progettate per registrare sia le vibrazioni ambientali che gli eventi sismici innescati. A Pompei, include il monitoraggio statico e dinamico della copertura dei Casti Amanti, tramite accelerometri e sensori di inclinazione, spostamento relativo e temperatura.

3. Analisi avanzata e gestione operativa:

Questo livello integra i dati di monitoraggio con ambienti BIM–GIS per supportare la valutazione delle prestazioni, i sistemi di allerta basati su soglie e i processi decisionali. Estratti parametri dinamici da serie temporali utilizzando procedure di elaborazione del segnale automatizzate e semi-automatizzate si calcolano indicatori sensibili al danno per monitorare l'evoluzione delle condizioni strutturali. Questi risultati vengono contestualizzati spazialmente all'interno di un Digital Twin geospaziale, consentendo un'interpretazione a diverse scale e facilitando la comunicazione tra le parti istituzionali interessate. 

Una caratteristica fondamentale della soluzione è l'integrazione dei risultati del monitoraggio nella piattaforma geotwin ACCA. Questo software consente un collegamento dinamico e bidirezionale tra modelli openBIM e layer GIS, supportando la creazione di Digital Twin geospaziali che ospitano metadati dei sensori, dati di serie temporali, risultati analitici e documentazione. Attraverso questa piattaforma, i dati di monitoraggio non sono più dataset isolati, ma diventano parte di una risorsa digitale operativa che supporta la gestione collaborativa del rischio e le strategie di manutenzione predittiva.

Abbiamo progettato il framework in modo che sia scalabile e trasferibile, consentendo l'estensione progressiva delle attività di monitoraggio dalle singole strutture a contesti urbani o di interesse storico più ampi. Combinando l'analisi dinamica della risposta con i digital twins, la soluzione colma il divario tra il monitoraggio strutturale e la gestione del rischio operativo, fornendo uno strumento pratico per la gestione della sicurezza e della conservazione in ambienti edilizi complessi.

Una caratteristica fondamentale della soluzione è l'integrazione dei dati di monitoraggio nella piattaforma geotwin, che consente collegamenti dinamici e bidirezionali tra modelli BIM, layer GIS e dati dei sensori [3], [4].

Implementazione

Caso di Pozzuoli – Monitoraggio degli edifici sentinella

Nel Comune di Pozzuoli, abbiamo implementato il framework operativo installando reti di monitoraggio accelerometrico su un set rappresentativo di "edifici sentinella" situati in aree colpite dal bradisismo e da attività sismica ricorrente.

Il Comune di Pozzuoli ha promosso l'iniziativa di monitoraggio nell'ambito di una più ampia strategia di gestione del rischio sismico nell'area dei Campi Flegrei ed è gestito dal Laboratorio EDILTEST S.r.l., con la supervisione scientifica dell'Università di Salerno.Gli edifici monitorati sono selezionati per essere rappresentativi del patrimonio edilizio locale, privilegiando strutture in buone condizioni di servizio e strategicamente rilevanti per la gestione delle emergenze e le valutazioni post-evento.

Ogni edificio sentinella è equipaggiato con una rete di accelerometri triassiali posizionati in punti chiave, solitamente al livello delle fondazioni e ai piani superiori. La disposizione dei sensori permette di acquisire sia il moto del suolo locale che la risposta strutturale globale, consentendo l'estrazione di parametri dinamici quali frequenze naturali e forme modali..

Il sistema di monitoraggio opera sia in modalità continua che "a soglia". Registra periodicamente i dati sulle vibrazioni ambientali per caratterizzare le proprietà dinamiche di base, mentre trigger automatici attivano l'acquisizione ad alta risoluzione durante eventi sismici che superano soglie di intensità predefinite. I dati vengono archiviati localmente tramite il software di acquisizione DewesoftX e trasmessi a server in cloud per essere elaborati e integrati nella piattaforma geotwin di ACCA.

All’interno dell’ambiente Digital Twin geospaziale, abbiamo associato a ogni edificio sentinella un modello BIM, i metadati dei sensori, le registrazioni delle serie temporali e i risultati analitici. Questa struttura consente la visualizzazione spaziale degli output di monitoraggio, il confronto dei parametri dinamici nel tempo e l’implementazione di indicatori basati su soglie, a supporto dei processi decisionali post-evento e della pianificazione della manutenzione.

Caso di Pompei – Monitoraggio della copertura dei Casti Amanti

Nel Parco Archeologico di Pompei, il framework verrà applicato per il monitoraggio statico e dinamico dell'ampia copertura in acciaio realizzata sopra l'Insula dei Casti Amanti. La struttura, che include passerelle pedonali sospese, è progettata per garantire un accesso sicuro ai resti archeologici riducendo al minimo l'interferenza con il tessuto antico.

Il sistema di monitoraggio è attualmente in fase di sviluppo nell'ambito di un'iniziativa di ricerca tra l'Università di Salerno e il Parco Archeologico di Pompei. Data la complessità strutturale della copertura, che integra dispositivi di isolamento sismico ed elementi in acciaio snelli, il layout di monitoraggio è stato concepito per acquisire caratteristiche di risposta sia globali che locali.

La rete di sensori comprende accelerometri triassiali posizionati sugli elementi strutturali principali della copertura e lungo le passerelle sospese, integrati da sensori statici per la misura dell’inclinazione, spostamenti relativi e temperatura. Questa configurazione ibrida consente di caratterizzare simultaneamente il comportamento dinamico sotto l'azione del vento, delle variazioni termiche e dei carichi dei visitatori, permettendo al contempo la valutazione dei trend di risposta lenta associati agli effetti ambientali.

L'acquisizione dei dati sarà effettuata tramite piattaforme software dedicate che supportano sensori sia cablati che wireless. Le serie temporali verranno elaborate per estrarre parametri modali, ampiezze di vibrazione e indicatori della risposta operativa. Questi output saranno integrati in un modello digitale della copertura basato su BIM e contestualizzati all'interno del più ampio quadro spaziale del Parco Archeologico.

Sebbene l'implementazione di Pompei non si appoggi a un'unica piattaforma geospaziale centralizzata, come nel caso di Pozzuoli, i principi di integrazione seguono lo stesso paradigma del Digital Twin, così da consentire nel futuro di estendere il framework verso una rappresentazione geospaziale completa all'interno di ambienti come usBIM.geotwin.

Apparecchiature di monitoraggio

Il framework operativo si basa su un'architettura hardware e software modulare e scalabile, progettata per supportare requisiti di monitoraggio sia dinamici che statici.

Sensori dinamici

Gli accelerometri Dewesoft IOLITE® 3xMEMS sono utilizzati come dispositivi di rilevamento primari per catturare le vibrazioni strutturali. Nel caso di Pozzuoli, abbiamo installato questi accelerometri a diversi livelli strutturali per registrare sia le vibrazioni ambientali che gli eventi sismici. Nel caso di Pompei, gli stessi accelerometri basati su MEMS saranno installati sulla struttura del tetto e sulle passerelle sospese per monitorare la risposta dinamica sotto carichi di vento, termici e operativi.

Sensori statici

Per integrare le misure dinamiche, verranno utilizzati dispositivi di monitoraggio statico per acquisire caratteristiche di risposta a variazione lenta. Questi includono nodi integrati che combinano distanziometri, clinometri triassiali e sonde termiche, particolarmente rilevanti per il monitoraggio degli spostamenti relativi, dell'inclinazione e degli effetti della temperatura sulla copertura dei Casti Amanti.

Acquisizione dati ed edge computing

I sistemi modulari di acquisizione dati forniscono un campionamento sincronizzato dei segnali dei sensori multicanale con un'elevata risoluzione temporale. Abbiamo implementato unità di edge computing locali in ciascun sito monitorato per eseguire l'elaborazione preliminare dei dati, il rilevamento dei trigger e l'archiviazione sicura dei dati, garantendo la continuità operativa durante le interruzioni di rete.

Infrastruttura di comunicazione

Le reti di sensori sono collegate tramite collegamenti cablati e wireless; i dati vengono trasmessi a server in cloud attraverso connessioni standard a banda larga e mobili (4G/5G). Per garantire l'affidabilità operativa, vengono utilizzati alimentatori ridondanti e sistemi di continuità (UPS).

Software e piattaforme digitali

La piattaforma DewesoftX gestisce l'acquisizione dei segnali e la gestione della rete. Software di analisi dedicati eseguono l'elaborazione dei segnali e l'identificazione modale, consentendo l'estrazione automatizzata dei parametri dinamici dalle storie temporali. La piattaforma geotwin ACCA integra gli output del monitoraggio in ambienti BIM–GIS e Digital Twin geospaziali. Questa piattaforma supporta l'integrazione dinamica di modelli BIM, dati geospaziali e informazioni dei sensori, facilitando la condivisione dei dati, la visualizzazione e i processi decisionali collaborativi tra gli stakeholder istituzionali.

Misure

Il sistema di monitoraggio consente di estrarre molteplici indicatori di prestazione dalle serie temporali registrate.

I parametri dinamici includono frequenze naturali, forme modali, rapporti di smorzamento e accelerazioni di picco.

Gli indicatori sensibili al danno includono l'indice di danno di rigidità (Dk) e il rapporto domanda-capacità basato sull'evento PGA / PGA_SLV [1].

Utilizziamo le tendenze temporali di questi indicatori per definire livelli di attenzione e di allerta basati su soglie.

Risultati

L’applicazione del framework di monitoraggio basato sulla risposta dinamica nel Comune di Pozzuoli ha prodotto un primo set strutturato di risultati operativi, che dimostrano la fattibilità e il valore pratico della metodologia proposta per la gestione del rischio sismico e bradisismico in un contesto urbano complesso.

Installazione e disponibilità dei dati

Il sistema di monitoraggio è stato installato con successo su un primo gruppo rappresentativo di edifici sentinella, situati in aree colpite da ricorrenti deformazioni del suolo e da attività sismica di intensità medio-bassa. Ogni edificio monitorato è stato equipaggiato con una rete di accelerometri triassiali installati a livelli strutturali chiave, tipicamente alle fondazioni e ai piani superiori, consentendo la registrazione simultanea del moto del suolo locale e della risposta strutturale globale.

Il sistema di acquisizione dati opera sia in modalità continua che a soglia. Le registrazioni delle vibrazioni ambientali, raccolte in condizioni ordinarie, permettono di stabilire le caratteristiche dinamiche di base per ciascun edificio. Parallelamente, il sistema acquisisce automaticamente serie temporali ad alta risoluzione durante eventi sismici che superano soglie di intensità predefinite. Tutte le registrazioni vengono archiviate localmente e trasferite su server in cloud, dove vengono elaborate e integrate nell'ambiente Digital Twin geospaziale implementato tramite la piattaforma ACCA geotwin.

Questa configurazione ha garantito la continuità dell’acquisizione dei dati e l’accumulo sistematico di dataset di serie temporali, idonei a tracciare l’evoluzione nel tempo dei parametri dinamici strutturali.

Caratterizzazione delle proprietà dinamiche di base

Per ogni edificio sentinella, la fase iniziale di monitoraggio ha permesso di identificare le proprietà modali di base, incluse le principali frequenze naturali e le relative forme modali. Questi parametri forniscono uno stato di riferimento per le successive analisi comparative e costituiscono un input fondamentale per la definizione degli indicatori sensibili al danno.

Le frequenze estratte hanno mostrato valori stabili in condizioni operative ordinarie, con una dispersione limitata attribuibile alle influenze ambientali e alla variabilità operativa. Tale stabilità conferma l’adeguatezza del layout dei sensori e delle procedure di elaborazione del segnale nel catturare il comportamento dinamico globale delle strutture monitorate.

Risposta agli eventi sismici ed evoluzione dei parametri dinamici

Durante il periodo di monitoraggio, abbiamo registrato molteplici eventi sismici associati alla crisi bradisismica in corso. Per ciascun evento, abbiamo misurato le accelerazioni di picco al suolo (PGA) a livello delle fondazioni e le accelerazioni di picco ai piani superiori, consentendo la valutazione degli effetti di amplificazione e delle sollecitazioni strutturali indotte dai movimenti registrati.

Il confronto tra i parametri modali pre-evento e post-evento ha rivelato variazioni misurabili, sebbene generalmente limitate, nelle frequenze naturali. Questi cambiamenti sono coerenti con la sensibilità prevista delle proprietà dinamiche ai meccanismi di danneggiamento transitori e agli effetti di stress cumulativo. In particolare, sono state osservate lievi riduzioni di frequenza in seguito a sequenze di eventi sismici ravvicinati, il che suggerisce l'insorgere di lievi fenomeni di degrado della rigidezza.

Sebbene finora non siano stati osservati spostamenti repentini o critici nelle proprietà modali, i trend riscontrati confermano la capacità del sistema di monitoraggio di cogliere sottili variazioni di prestazione che non sarebbero rilevabili attraverso le sole ispezioni visive o valutazioni statiche.

Indicatori sensibili al danno e valutazione basata su soglie

Abbiamo calcolato e tracciato nel tempo due principali indicatori sensibili al danno:

1. Indice di Danno della Rigidezza (Dk)

L’indice, definito come la variazione relativa tra la frequenza naturale di base e quella post-evento, è stato utilizzato come proxy del degrado della rigidezza. Per tutti gli edifici monitorati, i valori di Dk sono rimasti entro il range associato a un danno trascurabile o lieve, in accordo con le soglie di attenzione preliminari definite nel modello operativo. 

Nonostante l'assenza di superamenti critici, l'evoluzione temporale di Dk7 ha evidenziato una sensibilità specifica di ogni edificio alle azioni sismiche ripetute, consentendo di identificare le strutture che meritano un'osservazione più attenta nelle fasi successive.

2. Rapporto Domanda/Capacità (PGA_event / PGA_SLV)

Per ogni evento significativo, abbiamo calcolato il rapporto tra l'accelerazione di picco al suolo registrata e l'accelerazione corrispondente allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita, definita dalle valutazioni di sicurezza strutturale. Per gli edifici monitorati, questo rapporto è rimasto costantemente inferiore all'unità, indicando che la domanda sismica subita finora non ha superato la capacità strutturale stimata. 

Questo risultato fornisce una conferma oggettiva dell'assenza di condizioni critiche di sicurezza durante il periodo monitorato e supporta la calibrazione delle soglie di attivazione e dei protocolli di ispezione post-evento.

L'interpretazione combinata di questi indicatori ha permesso una classificazione delle prestazioni strutturali basata su soglie, distinguendo tra condizioni operative ordinarie, stati di attenzione e potenziali scenari di allerta.

Integrazione nel Digital Twin geospaziale e uso operativo

Tramite usBIM.Geotwin, abbiamo integrato tutti gli output di monitoraggio, comprese le registrazioni di serie temporali, i parametri dinamici estratti e gli indicatori di danno calcolati, nell'ambiente Digital Twin geospaziale implementato. Per ogni edificio sentinella, il Digital Twin ospita:

• Il modello BIM della struttura e della rete di monitoraggio;

• I metadati dei sensori e i rapporti di calibrazione;

• Le registrazioni accelerometriche ambientali e quelle attivate dagli eventi;

• Le serie temporali dei parametri modali;

• Gli indicatori di danno e le soglie di attenzione;

• I rapporti periodici di monitoraggio.

Questa integrazione ha permesso la visualizzazione spaziale dei risultati di monitoraggio alla scala urbana e la documentazione sistematica dell'evoluzione delle prestazioni strutturali nel tempo. 

Dal punto di vista operativo, il Digital Twin ha supportato:

• Lo screening rapido post-evento degli edifici monitorati;

• La documentazione oggettiva dei trend delle prestazioni per le autorità di Protezione Civile;

• La prioritarizzazione delle ispezioni dettagliate e degli interventi di manutenzione;

• La comunicazione di evidenze tecniche agli stakeholder istituzionali.

Implicazioni operative

I risultati ottenuti a Pozzuoli dimostrano che il sistema di monitoraggio basato sulla risposta dinamica proposto fornisce informazioni utili per la gestione del rischio sismico e bradisismico in un ambiente urbano.

Anche in assenza di scenari di danno critico durante il periodo monitorato, il sistema si è dimostrato in grado di:

• Captare sottili variazioni nelle prestazioni strutturali;

• Supportare valutazioni post-evento basate sull'evidenza;

• Definire soglie di attenzione specifiche per ogni edificio;

• Stabilire una base quantitativa per il tracciamento della vulnerabilità a lungo termine.

Questi esiti confermano il valore dell'integrazione del monitoraggio accelerometrico con i Digital Twin geospaziali come strumento pratico per la gestione proattiva del rischio e la manutenzione predittiva nelle aree soggette a rischi geologici persistenti. 

Il risultato delle attività a Pozzuoli è un rapporto di evento, redatto a seguito di un evento sismico che ha superato la soglia di accelerazione al suolo, nel quale viene descritta la valutazione rapida degli indici effettuata.

Conclusioni

Il presente studio ha proposto e dimostrato l’efficacia di un framework operativo per la valutazione del degrado e del danno in ambienti edificati complessi, basato sull’analisi continua della risposta dinamica strutturale. La metodologia integra strategie di monitoraggio multi-livello e multi-scala con rappresentazioni digitali dell’ambiente, combinando reti di sensori, BIM, GIS e Digital Twin geospaziali per supportare la gestione proattiva del rischio, la garanzia della sicurezza e la manutenzione preventiva [3], [4], [8], [9].

L’applicazione del framework nel Comune di Pozzuoli ha dimostrato che il monitoraggio basato sulla risposta dinamica può fornire informazioni oggettive e operative per la gestione del rischio sismico e bradisismico nel contesto urbano. L'installazione di reti accelerometriche su edifici sentinella rappresentativi ha permesso la caratterizzazione continua delle proprietà dinamiche di base, il tracciamento della loro evoluzione temporale e il rilevamento di sottili variazioni prestazionali associate alla ricorrente attività sismica. Il calcolo di indicatori sensibili al danno, come l’Indice di Danno della Rigidezza e i rapporti domanda-capacità, ha consentito la definizione di stati di attenzione basati su soglie e ha supportato valutazioni post-evento basate sull'evidenza [1].

Sebbene non siano stati osservati scenari di danno critico durante il periodo monitorato, i risultati ottenuti a Pozzuoli confermano la sensibilità dei parametri dinamici agli effetti dello stress cumulativo e a lievi degradazioni della rigidezza. Aspetto ancora più importante, essi dimostrano la fattibilità pratica di trasformare le misure accelerometriche grezze in indicatori operativi utilizzabili direttamente dalle autorità pubbliche per la gestione delle emergenze, la prioritarizzazione della manutenzione e il tracciamento della vulnerabilità a lungo termine, in linea con i recenti approcci di sorveglianza delle infrastrutture [3], [7].

Al di là dei risultati specifici di Pozzuoli, il framework proposto è intrinsecamente scalabile e trasferibile. La sua struttura concettuale risponde alle esigenze di altri contesti complessi, come i siti urbani vincolati e le aree archeologiche, dove la fragilità strutturale, i rischi multipli interagenti e i rigidi vincoli operativi richiedono soluzioni non invasive e guidate dai dati [2], [8], [9]. In questa prospettiva, il monitoraggio statico e dinamico della copertura dei Casti Amanti nel Parco Archeologico di Pompei rappresenta un'applicazione complementare dello stesso paradigma, volta a garantire la sicurezza degli utenti, verificare le reali prestazioni strutturali in esercizio e supportare una gestione operativa basata su soglie.

L'evidenza combinata di questi contesti evidenzia il ruolo strategico del monitoraggio della risposta dinamica come ponte tra il tradizionale monitoraggio della salute strutturale e la gestione operativa del rischio. Inserendo i dati dei sensori in ambienti BIM-GIS e Digital Twin, il framework supera la logica delle misure tecniche isolate, diventando uno strumento di supporto alle decisioni per le strategie di manutenzione, i protocolli di emergenza e le politiche di conservazione a lungo termine [3], [4], [7].

Gli sviluppi futuri dell'approccio proposto si concentreranno sul perfezionamento degli indicatori di danno, sulla calibrazione sistematica delle soglie di attenzione attraverso dataset di monitoraggio più ampi e sull’integrazione di ulteriori fonti di dati, come l’interferometria satellitare e strumenti di intelligenza artificiale per il rilevamento di anomalie [12]. L’estensione progressiva delle attività di monitoraggio dalle singole strutture a sistemi su scala urbana e di sito rafforzerà ulteriormente la capacità delle pubbliche amministrazioni e dei gestori di affrontare i rischi in evoluzione attraverso strategie proattive e basate sull'evidenza.

In conclusione, i risultati dimostrano che l'integrazione dell'analisi della risposta strutturale dinamica con i Digital Twins geospaziali fornisce una metodologia robusta e operativamente valida per gestire la sicurezza, il degrado e il rischio in ambienti edificati complessi. Il framework offre un modello trasferibile capace di adattarsi a diversi contesti, supportando il passaggio da una gestione reattiva a una proattiva dell'ambiente costruito esposto a pericoli persistenti ed emergenti.

Ringraziamenti

Lo studio è stato realizzato grazie alle attività di ricerca rese possibili all'interno del Parco Archeologico di Pompei, con il contributo del Direttore, Gabriel Zuchtriegel, nonché attraverso le iniziative attuate dal Comune di Pozzuoli, grazie al Sindaco, Luigi Manzoni, all'Arch. Agostino Di Lorenzo e all'Arch. Nicola Manzo, e alle attività in situ implementate dal Laboratorio Edil Test S.r.l. sotto la supervisione degli ingegneri Renato Erra e Angelo Mammone.

Bibliografia

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