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L’utilizzo dei droni per la sicurezza nei cantieri e negli interventi tecnici in emergenza sismica

Calantropio, Alessio

L’utilizzo dei droni per la sicurezza nei cantieri e negli interventi tecnici in emergenza sismica.

Rel. Antonia Teresa Spanò, Filiberto Chiabrando. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta', 2017

Abstract:

Gli allarmanti dati statistici riguardanti gli infortuni sul lavoro, occorsi in Europa negli ultimi anni, collocano il settore edile al primo posto per numero di incidenti mortali. Sia per la sua natura interdisciplinare che per le sue tecniche di vitale importanza nella gestione delle informazioni spaziali georeferenziate, la Geomatica rappresenta una disciplina in cui emergono importanti relazioni con la progettazione e la gestione della sicurezza nei cantieri. Nonostante i contributi della Geomatica in questo campo non siano stati ad oggi approfonditamente indagati, questa tesi ha lo scopo di metterli in evidenza.

Anche nei casi in cui il patrimonio costruito sia stato danneggiato da disastri naturali, come i terremoti, è necessario pianificare in sicurezza le azioni di monitoraggio ed intervento sugli edifici. Realizzare interventi tecnici urgenti in emergenza sismica è infatti un’attività ben diversa dal progettare cantieri edili ordinari, e comporta rischi aggiuntivi per la sicurezza degli operatori. Grazie alla diffusione dei droni, insieme al miglioramento dei software di fotogrammetria e degli algoritmi di image-matching, negli ultimi anni le soluzioni offerte dalla Geomatica hanno contribuito attivamente in questo campo, permettendo di documentare, con metodi rapidi, accurati ed economici, i danni subiti dal patrimonio edilizio, storico e culturale.

Per quanto concerne i cantieri tradizionali, è stata condotta una campagna di acquisizione fotogrammetrica da drone volta alla creazione del modello 3D di un cantiere. Il modello generato ha permesso di eseguire misurazioni affidabili e in tempo reale, configurandosi come strumento aggiuntivo alla valutazione dei rischi. Utilizzando i moderni strumenti cartografici e i metadati GIS disponibili online, è stato proposto un workflow operativo che analizza e individua tutti i fattori di rischio connessi al sito, ossia le condizioni del contesto potenzialmente interferenti con l’esecuzione dei lavori in sicurezza.

Per quanto riguarda invece i cantieri d’intervento tecnico urgente in emergenza sismica, data l’esigenza di ridurre i tempi di permanenza degli operatori nelle zone pericolose, è stato elaborato un metodo sperimentale di rilievo metrico speditivo, nell’ottica di fornire al Corpo Nazionale dei Vigili del Fuoco una soluzione rapida ed affidabile per il dimensionamento delle opere provvisionali. Il metodo proposto ha permesso di scalare i modelli 3D, generati mediante tecniche di fotogrammetria da drone, utilizzando solo alcune misure rilevate alla base del manufatto su cui intervenire.

Il caso studio analizzato si colloca nella campagna di acquisizione dati condotta dal Team DIRECT (DIsaster RECovery Team) del Politecnico di Torino, nell’ambito di un progetto che ha coinvolto l’Ateneo in attività di documentazione delle aree del centro Italia, colpite dal terremoto dell’agosto 2016. Dopo aver dimostrato l’efficacia del metodo proposto, testato sul portale romanico-gotico situato nel chiostro del complesso del Duomo Vecchio di San Severino Marche (MC), si è deciso di procedere con due applicazioni pratiche della procedura proposta, volte alla progettazione di opere provvisionali funzionali sia alla bifora del campanile che al portale principale dello stesso complesso architettonico.

Da questa tesi è emerso che il rilievo a distanza garantisce la massima condizione di sicurezza per gli operatori; l’impiego di sensori low cost, specie quelli legati alla fotogrammetria aerea, costituisce un buon compromesso tra accuratezza e tempi di acquisizione dei dati metrici. Inoltre questi sistemi si stanno dimostrando affidabili in condizioni di emergenza, soprattutto nell’acquisizione e nella gestione di una grande quantità di dati metrici. I modelli 3D e le texture di elevate qualità, estratte in fase di post elaborazione dei dati, possono essere condivisi tramite piattaforme open source, garantendo una progettazione partecipativa, sia in cantieri ordinari che in contesti emergenziali.

Per ulteriori informazioni contattare:

Alessio Calantropio, alessio.calantropio@gmail.com

Relatori: Antonia Teresa Spanò, Filiberto Chiabrando
Soggetti: A Architettura > AO Progettazione
A Architettura > AP Rilievo architettonico
A Architettura > AQ Spazi funzionali dell'abitazione
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura costruzione citta'
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/6053
Capitoli:

Premessa 1

PARTE I - I cantieri edili in regime ordinario 5

1. Gli infortuni in edilizia: dati statistici e considerazioni culturali 6

1.1 Il ruolo dell’Unione Europea 6

1.2 Le statistiche europee sugli infortuni durante l’attività lavorativa 7

1.3 Gli infortuni nel settore edile in Europa 8

1.4 Gli infortuni nel settore edile in Italia 14

1.5 La cultura della sicurezza 17

2. Stato dell’arte sulle tecniche della Geomatica per la sicurezza nei cantieri 19

2.1 Utilizzo della tecnica LiDAR terrestre 20

2.1.1 Laser scanner terrestre per la pianificazione della sicurezza negli scavi 23

2.1.2 Laser scanning per l’analisi dei punti ciechi dei mezzi di cantiere 26

2.2 Utilizzo del Sistema di Posizionamento Globale 32

2.2.1 Unità GPS implementate in elmetti protettivi e in macchine da cantiere. 35

2.2.2 Utilizzo di dati GPS per la generazione di griglie di occupazione 38

2.3 Utilizzo dei Sistemi Informativi Geografici 41

2.3.1 Geo database per la mappatura dell’amianto antropico 42

2.3.2 Utilizzo del GIS per l’identificazione e la risoluzione dei conflitti spaziali 45

2.3.3 Utilizzo del GIS per la generazione del layout di cantiere 46

2.3.4 Applicazioni GIS per la pianificazione della sequenza di esecuzione del progetto 49

2.4 Utilizzo del Building Information Modeling 52

2.4.1 Monitoraggio del cantiere 53

2.4.2 Utilizzo di Smartphone come sistema di allerta per la sicurezza 54

2.5 Utilizzo di Aeromobili a Pilotaggio Remoto 56

2.5.1 Valutazione sull’utilizzo della tecnologia drone come strumento di controllo della sicurezza 57

2.5.2 Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto (SAPR) per la sicurezza in edilizia 66

2.5.3 Valutazione delle prestazioni di Aeromobili a Pilotaggio Remoto per ispezioni sulla sicurezza 69

3. Studio di valutazione sull’impiego dei droni per la sicurezza nei cantieri 76

3.1 Contesto normativo 76

3.2 Valutazione del rischio intrinseco 78

3.3 Il questionario 80

3.3.1 Caratteristiche del campione 81

3.3.2 Analisi delle risposte 85

4. Caso studio I – Un cantiere edile ordinario: approccio fotogrammetrico e cartografico per la valutazione dei rischi intrinseci e ambientali 89

4.1 La Fotogrammetria 90

4.1.1 Principi generali della fotogrammetria 90

4.1.2 Acquisizione delle immagini per mezzo di aerei 93

4.1.3 Acquisizione delle immagini per mezzo di droni 95

4.1.4 Orientamento 96

4.1.4.1 Parametri interni di calibrazione 97

4.1.4.2 Parametri esterni di calibrazione 98

4.1.4.3 Ground Control Points e Real Time Kinematics 99

4.1.5 Sparse cloud – Nuvola sparsa 102

4.1.6 Dense cloud – Nuvola densa 102

4.1.7 Mesh triangolata e mesh texturizzata 103

4.1.8 Modelli altimetrici e ortofoto 103

4.2 Rilievo fotogrammetrico da UAV 106

4.2.1 Raccolta dei dati 106

4.2.2 Elaborazione dei dati 110

4.2.3 Restituzione e fruizione del modello 3D 115

4.3 Workflow operativo per la valutazione dei rischi legati al contesto 118

4.3.1 Caratteristiche intrinseche dell’area 118

4.3.1.1 Descrizione e ubicazione dei lavori 118

4.3.1.2 Caratteristiche geomorfologiche del terreno 122

4.3.1.3 Vincoli di sottosuolo 125

4.3.1.4 Sottoservizi impiantistici 127

4.3.1.5 Vincoli di superficie inamovibili e preesistenze 127

4.3.1.6 Vincoli aerei 127

4.3.1.7 Condizioni climatiche 127

4.3.1.8 Vegetazione 127

4.3.1.9 Proiezione e cadute di masse verso l’interno del cantiere 128

4.3.1.10 Emissione di agenti inquinanti dall’ambiente verso il cantiere 129

4.3.2 Impatto ambientale del cantiere 129

4.3.2.1 Proiezione e cadute di masse all’esterno del cantiere 129

4.3.2.2 Emissione di agenti inquinanti dal cantiere verso l’ambiente circostante 129

4.3.3 Interferenze con le condizioni di esercizio dell’area 130

4.3.3.1 Interferenze con attività produttive e cantieri limitrofi 130

4.3.3.2 Interferenze con edifici limitrofi e viabilità al contorno 130

PARTE II - I cantieri di intervento in emergenza sismica 132

5. Geomatica e sicurezza nel disaster management 133

5.1 Il fenomeno sismico 134

5.2 Le scale di intensità e magnitudo 136

5.2.1 La Scala Mercalli 136

5.2.2 La Scala Richter 138

5.3 Il rischio sismico 140

5.3.1 Le aree sismo genetiche 141

5.3.2 RAN - Rete Accelerometrica Nazionale 142

5.3.3 OSS - Osservatorio Sismico delle Strutture 142

5.4 Storico dei terremoti in Italia 147

5.5 Analisi di damage assessment multitemporale 149

5.6 La topografia applicata al soccorso 150

6. Gli interventi urgenti di messa in sicurezza e i cantieri di ricostruzione nei luoghi del terremoto 153

6.1 I cantieri di ricostruzione post sisma 154

6.1.1 La sicurezza dei lavoratori in caso di terremoto: i piani di emergenza 154

6.1.2 Metodologie di prevenzione 155

6.1.2.1 I diagrammi spazio-tempo e la Location Breakdown Structure 155

6.1.2.2 La mappatura dei rischi nel layout del cantiere 155

6.1.2.3 Il cronoprogramma operativo 156

6.2 Gli interventi urgenti di messa in sicurezza 158

6.2.1 Il Manuale Opere Provvisionali e il Vademecum STOP 160

6.2.2 La gestione della sicurezza degli operatori 161

6.2.3 Operazioni pratiche di posa in opera di una struttura provvisionale 164

6.2.4 Estratto della scheda intervento C1 - Chiesa di San Felice Martire 168

6.2.5 Estratto della scheda intervento P2 - Chiesa di San Silvestro 169

7. Caso studio II – L’intervento tecnico urgente: Proposta di un metodo speditivo per il rilievo metrico in contesti emergenziali 170

7.1 Impiego di sistemi a scansione LiDAR negli interventi tecnici urgenti in emergenza sismica 172

7.2 Impiego di modelli fotogrammetrici digitali negli interventi tecnici urgenti in emergenza sismica 173

7.3 Confronto tra modelli generati mediante metodi di georiferimento per “Control Points” e per “Scale Bars” 174

7.4 Sperimentazione del metodo proposto sulla torre campanaria e sul portale principale del Duomo Vecchio di San Severino Marche 191

7.5 Esportazione dei dati metrici per la realizzazione delle opere provvisionali 215

Conclusioni 218

Lista degli acronimi 223

Bibliografia 227

Sitografia 231

Ringraziamenti 235

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