Protezione dalla caduta di rocce

Grazie al Digital twin, il nuovo sistema di monitoraggio dell’Ufficio Geologia e prove materiali, la Provincia di Bolzano è pioniera di un nuovo metodo di previsione dei crolli rocciosi.

L’Alto Adige è un territorio dall’assetto prevalentemente montuoso e la naturale caduta massi continua a rappresentare un problema per la popolazione, in particolare per la sicurezza stradale e per gli insediamenti che si trovano a ridosso delle pareti rocciose. Per far fronte a questa problematica, l’Ufficio Geologia e prove materiali della Provincia offre un costante servizio di monitoraggio. “E non solo” spiega Volkmar Mair, il direttore dell’Ufficio Geologia e prove materiali, “nel 2022 abbiamo implementato il nostro servizio. Il monitoraggio in corso sul Monte Geier a Salorno è stato migliorato attraverso l‘implementazione di un gemello digitale, il così denominato Digital twin”. 

Il caso Monte Geier. Il punto di partenza per l’implementazione del nuovo approccio è stato il versante ovest del Monte Geier di Salorno. La zona è stata infatti soggetta a diversi fenomeni di crollo di varia entità nel corso dell’ultimo decennio. I crolli della parete iniziarono il 15 dicembre 2011, con il cedimento di circa 10.000 metri cubi, tra i 430 e i 300 metri sul livello del mare. Seguirono poi il crollo del 1° marzo 2013 e del 25-26 maggio 2014, quando avvenne il crollo di alcune migliaia di metri cubi dalla stessa nicchia. A seguito di questi fenomeni, l’Ufficio Geologia e prove materiali ha previsto la chiusura temporanea della strada statale (SS 12), che si trova al di sotto del Monte Geier, e l’evacuazione e sgombero delle particelle fondiarie poste ai piedi del versante. Lo spostamento effettivo della SS 12 è avvenuto nel 2017.

Ma quale è stata la causa di questi continui crolli? Ci ha risposto Mair: “Lungo il ciglio superiore della parete rocciosa è presente un’ampia trincea deformativa con uno sviluppo lineare complessivo di circa 150 metri”. Si tratta di una frattura nella parete rocciosa. Normalmente, quando le temperature scendono sotto lo zero, si innesca un ciclo di gelo e disgelo, ovvero dei cambiamenti di volume dell’acqua/ghiaccio all’interno delle fessure. A causa della crescita dei cristalli di ghiaccio nelle fessure esistenti nella roccia, viene esercitata una pressione crescente sulla roccia circostante e questo genera un ulteriore allentamento, una volta sciolto il ghiaccio. I massi rocciosi vengono lentamente spinti fuori dal loro baricentro sulle pareti rocciose verticali e ripide, causando infine la caduta massi. Come spiega Mair “il fatto che una parete rocciosa esca e rientri di alcuni millimetri nella propria posizione originaria, a seguito dei fenomeni di gelo e disgelo dovuti ai cambiamenti di stagione, dimostra che tutto è regolare. E tali fenomeni vengono regolarmente monitorati dal nostro ufficio”. 

Il nuovo Digital twin. Ed è proprio a questo punto che interviene la nuova tecnologia implementata dall’Ufficio Geologia e prove materiali della Provincia, in collaborazione con la startup bolzanina CAEmate. La startup ha sviluppato un‘innovativa soluzione, basata su simulazione numerica ed intelligenza artificiale, in grado di calcolare ed analizzare di continuo le tensioni interne alla roccia. Le misure registrate dai sensori di monitoraggio vengono continuamente ed automaticamente elaborate e trasformate dal programma WeStatiX SHM in preziose informazioni circa la salute strutturale dell’ammasso roccioso. WeStatiX SHM riesce quindi a ricreare un “gemello digitale”, il Digital twin, del blocco di roccia, in grado non solo di calcolare la sicurezza attuale, ma anche di valutarne la stabilità futura: grazie a sofisticati algoritmi di intelligenza artificiale è possibile prevedere eventuali crolli, permettendo di mettere in atto con anticipo eventuali interventi di mitigazione del rischio, come ad esempio la chiusura o lo spostamento di una strada o di un luogo abitato per la salvaguardia delle cittadine e dei cittadini: Ma di cosa si occupa nello specifico WeStatiX SHM? Lo spiega Massimo Penasa, Ceo e co-founder di CAEmate: “Il programma permette di creare gemelli digitali, di qualsiasi opera, basati su simulazione numerica ed intelligenza artificiale. Grazie a questa metodologia non solo è possibile ricostruire repliche digitali dell’opera monitorata, ispezionabili virtualmente in 3D dal web browser, ma, sfruttando simulazioni numeriche agli elementi finiti (FEM Finite Element Method) e specifiche reti neurali “allenate” sul comportamento fisico dell’oggetto monitorato (Physics Informed Neural Netwoorks – PINNs), calcolare continuamente il fattore di sicurezza (ad esempio della parete rocciosa) e capire come questo potrà variare nel prossimo futuro”. Simulazione e valutazione, quindi: partendo da misurazioni locali, grazie al programma di CAEmate è possibile effettuare una valutazione continua e automatica delle condizioni e del comportamento della parete, oltre a poter prevedere futuri scenari di rischio e permettere quindi interventi tempestivi. 

Innovazione per diversi settori. “Si tratta di un vero e proprio modello per il futuro” spiega Volkmar Mair, che sottolinea: “Per ora in Alto Adige il Digital twin viene utilizzato a Salorno ed è in fase di avviamento a Sinigo. Ma questo sistema può mostrarsi utile per altre infrastrutture. Ad esempio, si prospetta ottimale per il monitoraggio strutturale dei ponti”. Con questo innovativo gemello digitale, la grande novità consiste nella capacità di trasformare dati di monitoraggio in informazioni fisicamente significative. Se il monitoraggio tradizionale si limita a osservare un fenomeno in modo continuo o regolare per rilevare eventuali cambiamenti, questo nuovo approccio consente analisi strutturali avanzate, offrendo una comprensione approfondita del comportamento del sistema e la possibilità di anticiparne l‘evoluzione con maggiore precisione, anche solo di alcuni giorni o in alcuni casi solo di qualche ora. Ma, come sottolinea Mair, ogni caso va studiato e valutato. “La geologia è come la medicina. Per risolvere il problema è necessario rivolgersi a professionisti specializzati, e così funziona anche per le rocce: ogni caso ha bisogno di un’indagine specifica”

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